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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACUL TAO DE INGENIERÍA CIVIL

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV

TESIS

Para optar el Título Profesional de:

INGENIERO CIVIL

PEDRO ERDULFO MORENO DEL AGUILA

Lima- Perú 2015

ATIZ1

Nuevo sello

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil

RESUMEN

LISTA DE CUADROS

LISTA DE FIGURAS

RESUMEN

IN DICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 11

CAPÍTULO l. ASPECTO GENERALES ......................................................... 12

1.1 ENSAYOS DE INFORMACIÓN EN ESTRUCTURAS CONCRETO

ARMAD0 ............................................................................................. 12

1.1.1 Ensayos Destructivos ........................................................................... 13

1.1.2 Ensayos Semi-Destructivos ................................................................. 14

1.1.3 Ensayos No Destructivos ..................................................................... 14

1.1.4 Restricciones y ventajas de los resultados de los métodos destructivos y

no Destructivos (describir el artículo de Malhorta) ................................ 23

1.2 ONDAS: ............................................................................................... 25

1.3 FENÓMENO PIEZOELÉCTRICO ......................................................... 26

1.4 MÉTODO DE ULTRASONIDO ............................................................. 27

1.5 CONCRETO ................................................ . : ...................................... 32

1.5.1 Propiedades del concreto que influyen en el ensayo de Ultrasonido .... 34

1.5.2 Tipo de concreto .................................................................................. 35

1.5.3 Tipo y dosificación del concreto ........................................................... 36

1.5.4 Tipo, dosificación y tamaño máximo del agregado ............................... 37

1.5.5 Relación agua/cemento ........................................................................ 38

1.5.6 Tipo y dimensiones del elemento estructural o pieza que se ensaya ... 38

1.5.7 Temperatura del concreto .................................................................... 40

1.5.8 Edad del concreto ................................................................................ 41

1.5.9 Contenido de humedad del concreto .................................................... 41

1.5.1 O Condiciones de curado del concreto .................................................... 43

1.5.11 Presencia de armaduras ...................................................................... 43

1.5.12 Armadura paralela a la dirección de la trayectoria ................................ 43

1.5.13 Armadura transversal a la dirección de la trayectoria ........................... 45

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil IN DICE

1.5.14 Rugosidad de la superficie del elemento o pieza .................................. 45

1.5.15 Nivel tensional de la zona o elemento estructural... .............................. 46

1.6 PERSPECTIVAS SOBRE LA PRUEBA DE ULTRASONIDO ............... 47

CAPÍTULO 11. NORMATIVAS DEL MÉTODO ................................................. 50

2.1. NORMAASTM C597 "MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR PARA

DETERMINAR LA VELOCIDAD DEL PULSO A TRAVÉS DEL

CONCRETO" ....................................................................................... 50

2.1.1. Importancia y Uso ................................................................................ 52

2.1.2. Recomendaciones de ASTM C-597 ..................................................... 52

2.1.3. Aparato ................................................................................................ 54

2.1.4. Procedimiento ...................................................................................... 57

2.1.5. Cálculo ................................................................................................. 59

2.1.6. Informe ................................................................................................. 59

2.1. 7. Precisión y Tendencia: ......................................................................... 59

2.1.8. Incertidumbre: ...................................................................................... 60

2.2. NORMAS NTP 339.237:2012 ............................................................... 60

2.3. BS EN 12504-4:2004 ........................................................................... 60

CAPÍTULO 111. CARACTERIZACION DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO V-

Meter Mark IV .......................................................................... 62

3.1 COMPONENTES Y ACCESORIOS ..................................................... 62

3.2 EQUIPO DE ENSAYO ......................................................................... 64

3.3 TRANSDUCTORES ............................................................................. 65

3.3.1 Clasificación de los transductores ........................................................ 66

3.3.2 Posición de los transductores ............................................................... 67

3.4 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL V-METER MARK IV V-C-400. 69

3.4.1 Uso de acoplante ................................................................................. 69

3.5 RANGO DE APLICACIÓN DEL EQUIPO ............................................. 70

3.5.1 Niveles de precisión ............................................................................. 70

3.6 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ............................................... 71

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del AguiJa 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil INDICE

CAPÍTULO IV. APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ULTRASONIDO .................. 72

4.1 HOMOGENEIDAD DEL CONCRETO .................................................. 73

4.1.1 Trabajo de Campo para determinación de la Homogeneidad ............... 76

4.1.2 Procedimiento ...................................................................................... 77

4.2 DETECCIÓN DE CANGREJERAS E IMPERFECCIONES .................. 78

4.2.1 Trabajo de Campo para detección de Cangrejeras .............................. 80

4.2.2 Procedimiento ...................................................................................... 80

4.3 VARIACIONES EN EL TIEMPO DE LAS PROPIEDADES

DEL CONCRETO ................................................................................. 80

4.3.1 Trabajo de Campo ............................................................................... 81

4.3.2 Procedimiento ...................................................................................... 82

4.4 DETERMINACIÓN DE LA PROFUNDIDAD DE LAS GRIETAS ........... 82

4.4.1 Trabajo de Laboratorio ......................................................................... 84

4.4.2 Procedimiento ...................................................................................... 85

4.5 ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO ...................... 85

4.5.1 Trabajo de laboratorio .......................................................................... 86

4.5.2 Procedimiento ...................................................................................... 87

4.6 DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE YOUNG/ POISSON ................. 87

4.6.1 Trabajo de laboratorio .......................................................................... 88

4.6.2 Procedimiento ...................................................................................... 89

CAPÍTULO V. RESULTADOS ......................................................................... 90

5.1 HOMOGENEIDAD DEL CONCRETO .................................................. 90

5.2 DETECCIÓN DE CANGREJERAS E IMPERFECCIONES .................. 93

5.3 VARIACIONES EN EL TIEMPO DE LAS PROPIEDADES

DEL CONCRETO ................................................................................. 96

5.4 DETERMINACIÓN DE LA PROFUNDIDAD DE LAS GRIETAS ......... 100

5.5 ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO .................... 106

5.6 DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE YOUNG/ POISSON ............... 108

CAPÍTULO VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................... 1 09

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil IN DICE

6.1. HOMOGENEIDAD DEL CONCRETO ................................................ 109

6.2 DETECCIÓN DE CANGREJERAS E IMPERFECCIONES ................ 109

6.3 VARIACIONES EN EL TIEMPO DE LAS PROPIEDADESDEL

CONCRETO ...................................................................................... 11 O

6.4 DETERMINACIÓN DE LA PROFUNDIDAD DE LAS GRIETAS ......... 11 O

6.5 ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO .................... 111

6.6 DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE YOUNG/ POISSON ............... 111

CAPÍTULO VIl. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....... ; .................. 112

7.1. CONCLUSIONES ..................................................................................... 112

7.2. RECOMENDACIONES ............................................................................. 113

BIBLIOGRÁFIA ............................................................................................... 115

ANEXOS .................................................................................... 118


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . /. :. Facultad de Ingeniería Civil RESUMEN

RESUMEN

El presente trabajo busca fomentar en la industria de la construcción peruana el

uso del método no destructivo de ultrasonido como una alternativa económica,

rápida, flexible y que puede realizarse in situ (sobre las estructuras) para la

determinación de la profundidad de grietas, estimar la resistencia del concreto y

conocer la homogeneidad del concreto. Para ello se ha realizado ensayos en

laboratorio los mismos que nos han permitido determinar relaciones existentes

entre la calidad del concreto y la velocidad de la onda ultrasónica (principal

parámetro en este método), obteniéndose resultados que se podrán utilizar. La

aplicación de este método es muy amplia y más aún en supervisión, monitoreo y/o

evaluación de proyectos por la versatilidad y calidad de la información que brindan

en combinación con otros métodos destructivos y no destructivos.

FUNDAMENTO DEL MÉTODO

La aplicación del método de ultrasonido consiste en la medición de la velocidad

que alcanza un impulso en recorrer la distancia comprendida entre un

transductor emisor y uno receptor, acoplados al concreto que se va ensayar.

Las características del material, se determinan teniendo en cuenta dos variables

esenciales:

a. El tiempo de recorrido

b. La potencia del impulso recibido, considerando la pérdida de potencia con

respecto a la del impulso emitido.

En el estudio del concreto, impulsos de vibraciones ultrasónicas longitudinales son

producidos por un transductor emisor electro acústico, que ha sido puesto en

contacto con la superficie del concreto que se ensaya. Después de recorrer a

través de la masa del concreto una distancia conocida "L", los impulsos son

convertidos en señales eléctricas por medio de un segundo transductor receptor,

que también está en contacto con la superficie del concreto ensayado. Utilizando

un circuito electrónico, se determina el tiempo de transito "t", que han necesitado

los impulsos para recorrer la distancia "L".

La velocidad de los impulsos ultrasónicos, viene entonces dado por: V=Ut

Es preferible la utilización de pulsaciones ultrasónicas (de mayor frecuencia) frente

a las sónicas (de menor frecuencia), por dos razones:

../ Proporcionan un flanco delantero del impulso nítido y bien definido .

../ Generan la máxima energía en la dirección de propagación.


1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil 1 RESUMEN

Para estudiar el concreto, las frecuencias utilizadas comienzan en las

proximidades de la zona audible y se extiende hasta una frecuencia de 250 kHz, . .

habiendo llegado a consenso que 54 kHz es la más apropiada para la evaluación

del concreto. El eq ipo V-Meter MK IV viene implementado con dos transductores

(emisor y transmisor) de 54kHz.

El equipo V-Metej MK IV utilizado para la medición de la velocidad de las

pulsaciones ultrasó1

nicas, son capaces de computar el tiempo de transito con una

precisión de± 1%. La distancia entre transductores, debe ser medido también con

una precisión de aduerdo al tipo de trabajo realizado. 1

1 .

APLICACIONES DEL METODO DE ULTRASONIDO

Los principales cah,pos de aplicación del método de los ultrasonidos son los

siguientes:

a. Estudio de la uniformidad del concreto en los distintos elementos

estructuraleF que se ensayan, delimitando zonas con calidades diferentes.

b. Monitoreo de los cambios cualitativos en las propiedades del concreto, a 1 . .

lo largo del fiempo.

c. Determinación del módulo de elasticidad dinámico y del coeficiente de

Poisson dell concreto.

d. Detección de defectos, tales como cangrejeras, fisuras, grietas, etc. 1

e. Determinac~ón de la profundidad de las grietas

f. Estimación pe la resistencia del concreto 1

Respecto a esta ú\tima aplicación, la norma UNE 83308:1986(54), indica que se

trata de una estimación orientativa y que el ensayo de ultrasonido no reemplaza

la tradicional rotu1a de probetas para estimar la resistencia del concreto. La

presente tesis contempla todas estas aplicaciones las mismas que se explicarán

con mayor detalle ln los capítulos correspondientes.

i

IMPLEMENTACIÓN DEL EN~AYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno ¡del Aguila

1

6


LISTA DE CUADROS

Listas de Cuadros

Cuadro 1. 1 Clasificación de las ondas de acuerda a la frecuencia .......................... 26

Cuadro 1.2 Clasificación de la calidad del concreto sobre la base

de la velocidad de pulso . ...................................................................... 32

Cuadro 1. 3 Correcciones en la velocidad de onda, por efecto de temperaturas

extremas en el concreto . ...................................................................... 40

Cuadro1.4 Resultados de la Velocidad Ultrasónica en probetas de concreto secas y

húmedas ............................................................................................... 42

Cuadro 5. 1 Resumen de la información recopilada en el

Elemento Monitoreado 1 ....................................................................... 90

Cuadro 5.2 Resumen de la información recopilada en el

Elemento Monitoreado 2 ....................................................................... 91

Cuadro 5.3 Ubicación y velocidades en el eje Vertical a 26cm

de la cara interior de las Columnas 1 y 2 . ............................................. 92

Cuadro 5.4 Velocidad de la Onda en el CUBO 1 de Concreto

sin hueco, perforación de 518", %"y 3" .. ................................................ 93

Cuadro 5.5 Velocidad de la Onda en el CUBO 2 de Concreto

sin hueco, perforación de 518", %"y 3" .. ................................................ 94

Cuadro 5. 6 Velocidad de la Onda en el CUBO 3 de Concreto

sin hueco, perforación de 518': %"y 3" .. ................................................ 94

Cuadro 5. 7 Longitud de onda y comparación con diámetro

de interferencia en el CUBO 1 . ............................................................. 95

Cuadro 5. 8 Longitud de onda y comparación con diámetro de

interferencia en el CUBO 2 . .................................................................. 96

Cuadro 5.9 Longitud de onda y comparación con diámetro de

interferencia en el CUBO 3 . .................................................................. 96

Cuadro 5. 1 O Resultados de la evaluación de la resistencia y velocidad

de la onda con la edad del concreto . .................................................... 97

Cuadro 5. 11 Profundidad de grietas verticales medido con Vernier

y con el método de Velocidad de Ultrasonido . .................................... 102

Cuadro 5. 12 Profundidad de grietas inclinadas medido con Vernier

y con método de Velocidad de Ultrasonido ......................................... 102



Cuadro 5. 13 Resultados de 120 probetas de la velocidad de onda

listas de Cuadros

y su resistencia a compresión. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . 107

Cuadro 5.14. Módulo de Elasticidad del concreto con ASTM C-469 y

ULTRASONIDO, probeta 1 . ............................................................. 108

Cuadro 5. 15. Módulo de Elasticidad del concreto con ASTM C-469 y

ULTRASONIDO, probeta 2 . ............................................................. 108

Cuadro 6. 1 Longitudes mínimas de las cangrejeras para que

sean detectados con ultrpsonido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 O

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO El EQUIPO V-Meter MK IV

Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila 8


LISTA DE FIGURAS

Listas de Figuras

Figura 1.1 Esclerómetro utilizado durante una prueba ............................................ 15

Figura1.2 Equipo utilizado durante una prueba de penetración

ASTM C 803 . .......................................................................................... 17

Figura1.3 Representación esquemática de la prueba a la extracción ..................... 17

Figura1.4. Esquema del ensayo radiográfico .......................................................... 19

Figura 1. 5. Esquema de funcionamiento del Ensayo de la

Prueba de Ruptura .................................................................................. 20

Figura 1. 6 Esquema del trabajo del primer Soniscope, ·antecesor

del V-Meter MK IV ................................................................................... 28

Figura 1. 7 Resistencia a la compresión versus velocidad de la Onda

Ultrasónica, basado en más de 46 mezclas con el mismo agregado . .... 30

Figura 1. 8 Influencia del tipo de árido en la resistencia del concreto ........................ 38

Figura 1. 9 Efecto de sucesivos cortes en la longitud del elemento ensayado . ........ 39

Figura 1.10 Armadura paralela a la dirección del impulso ultrasónico ..................... 44

Figura 2. 1 Esquema del aparato para ensayar con Pulso Ultrasónico . .................... 55

Figura 3. 1 Equipo V- Meter MK IV y accesorios ...................................................... 63

Figura 3.2 Posición de los Transductores: directa, semi directa e indirecta ............ 68

Figura 4. 1 Variación de la Resistencia a compresión en varios tipos de pieza ........ 75

Figura 4.2. Contomeos típicos de resistencia a compresión del

concreto para una viga y un muro ......................................................... 76

Figura 4.3 Muros Tipo C-1, del proyecto de Ampliación y

Mejoramiento del LEM . ........................................................................... 78

Figura 4.4. Esquema para detección de cavidades y cangrejeras ........................... 79

Figura 4.5. Curvas del comportamiento de la Velocidad de la

Onda en el tiempo . ............................................................................... 81

Figura 4.6 Esquema para calcular la profundidad de grietas ................................... 83

Figura 4. 7. Esquema para conocer la orientación de la grieta ................................. 83

Figura 4.8 Esquema para determinación de la profundidad

de grietas (Segundo Caso) ................................................................... 84

Figura 4.10 Correlación típica entre velocidad de Jos pulsos ultrasónicos y

resistencia del concreto . ....................................................................... 86



Figura 4. 11 Curvas de correlación entre la velocidad de onda y los

Listas de Figuras

módulos de elasticidad estáticos y dinámicos ................................. 88

Figura 5. 1 Mapa de iso-velocidades del Muro 1 (izquierda)

y Muro 2 (derecha) analizado ................................................................. 91

Figura 5.2 Nube de puntos correspondientes a la velocidad de onda en las

Columnas 1 y 2 ............................ :·························································· 93

Figura 5.3 Variación de la Velocidad de la onda por efecto de Perforaciones ......... 95

Figura 5.4 Comportamiento de la Velocidad de la onda en 7, 14 y 21 días ............. 98

Figura 5. 5 Evolución de la Velocidad de la Onda y la Resistencia

del Concreto en la Tanda 'W' ................................................................ 98


del Concreto en la Tanda "B" ................................................................ 99


del Concreto en la Tanda "C" ................................................................ 99

Figura 5. 8 Corte Vertical de la viga hasta una profundidad controlada. ................ 100

Figura 5.9 Corte Inclinado de la viga hasta una profundidad controlada .............. 101

Figura 5. 1 O Viga 1 y 2 con grietas inclinadas . ....................................................... 103

Figura 5. 11 Proceso para determinar la profundidad de la

grieta de la Viga 1............................................................................... 104

Figura 5. 12 Proceso para determinar la profundidad de la

grieta de la Viga 2 ............................................................................... 105

Figura 5. 13 Nube de puntos y correlación de resistencia a compresión

y velocidad de la Onda Ultrasónica ..................................................... 106


10


INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Los Ensayos No Destructivos (END) son usados para determinar las propiedades del

concreto y evaluar las condiciones en la que se encuentra en cimentaciones

profundas, puentes, edificios, pavimentos, presas y otras construcciones de concreto.

Para esta tesis, un ensayo no destructivo se define como aquel ensayo que no causa

daño estructural significativo al concreto.

Los Ensayos No Destructivos son aplicados a construcciones de concreto por cuatro

razones:

• Control de Calidad a construcciones nuevas

• Solución de litigios y/o arbitrajes

• Evaluación de las condiciones con fines de rehabilitación

• Asegurarse de la calidad de las reparaciones

Las actuales tecnologías de ensayos no destructivos aún se están desarrollando y la

investigación continúa para mejorar los métodos existentes y desarrollar nuevos

métodos.

Esta tesis habla y desarrolla las pruebas y aplicaciones del método ultrasónico. Es

uno de los ensayos No Destructivos más antiguos y se basa en la medición del tiempo

de viaje a través de una longitud de recorrido conocido de un pulso de ondas

compresionales en una frecuencia ultrasónica.



CAPÍTULO l. ASPECTO GENERALES

CAPITULO l. ASPECTOS GENERALES

1.1 ENSAYOS DE INFORMACIÓN EN ESTRUCTURAS CONCRETO ARMADO

Los ensayos de información surgen como consecuencia de la necesidad puntual de

conocer determinadas características inherentes al concreto colocado en la estructura

(in situ) de un proyecto y/u obra.

En ocasiones, la necesidad de efectuar ensayos de información suele venir motivada

por la inexistencia de un control sistemático del concreto de la estructura, pero el caso

más generalizado corresponde a la necesidad de valorar el estado real del concreto

colocado en una determinada estructura cuya estimación previa de resistencia,

obtenida a partir de datos de ensayo en probetas, ha resultado inferior a los valores

mínimos exigibles.

Al establecer, por ejemplo, la resistencia a compresión del concreto (quizá la

propiedad más representativa) en probetas, hay que valorar una serie de aspectos de

indudable influencia en el resultado final:

- Tamaño y forma de las probetas de concreto fresco utilizadas en el ensayo.

Definición de las condiciones de curado de referencia (curado patrón)

Establecimiento de la edad de ensayo, dado que la resistencia varía con el

tiempo.

- Adopción de unos procedimientos normalizados de fabricación y ensayo que

minimicen la influencia de muchas de las variables que intervienen en el

proceso.

En toda estructura de concreto armado se define la resistencia de los elementos

estructurales, bien conocidos como fe y que representa la calidad del concreto

suministrado en la obra. Sin embargo, la estructura misma del concreto tendrá otra

resistencia, debido a las distintas condiciones de curado, a factores del vaciado y al

tamaño del elemento, y, evidentemente, por la edad a la que queramos realizar la

valoración. Esta resistencia se denomina "resistencia real", y representa la resistencia

del concreto "en obra" ya endurecido.

La determinación de esta segunda resistencia implica la realización de ensayos

directos sobre la estructura. Este tipo de ensayos se denomina "ensayos de

información". Del mismo modo se pueden realizar ensayos de información para

conocer cualquier propiedad del concreto en la estructura. Así, los estudios para

conocer la compacidad, posición de la armadura, recubrimiento, corrosión de las


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO l. ASPECTOS GENERALES

armaduras, propiedades mecánicas e incluso la determinación experimental del

comportamiento en servicio o del grado de seguridad de una estructura.

Para distinguir el conjunto de ensayos y métodos de estudio que se pueden aplicar a

las estructuras de concreto, se puede hacer hincapié en el grado de "daño" que la

aplicación de un método produce en el concreto, entendiendo por "daño" o

"destrucción" al hecho de afectar, de alguna forma, bien a la superficie, bien al interior

del elemento. Siguiendo este criterio los ensayos se clasifican en:

1 .1 . 1 Ensayos Destructivos

En este grupo se encuentran aquellos ensayos que tienen por objeto tomar muestras

de un cierto elemento y obtener testigos para su posterior ensayo hasta la

destrucción, esto requerirá la reparación posterior del elemento donde se realizó el

ensayo o de la zona de donde se extrajo el testigo. Las probetas se usan una vez y

se descartan. En muchos casos, las probetas deben ser moldeadas y modificadas

para adecuarse a estándares antes de la prueba en sí.

Los ejemplos más representativos utilizados en nuestro país son la extracción de

testigos de diamantina y la rotura de probetas en los ensayos a compresión, ensayo

de adherencia, pruebas para determinar el módulo de elasticidad y de Poisson

estático y pruebas de carga.

El ensayo a la compresión de probetas se realiza a diferentes edades, tales como 7,

14 y/o 28 días, este método destructivo ampliamente difundido y aceptado se

fundamenta en que:

La resistencia a la compresión del concreto es la medida más usada de desempeño

que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia

a la compresión los laboratorios de ensayos de materiales lo estiman fracturando

probetas cilíndricas de concreto en la máquina de compresión.

De manera similar se realizan otras pruebas destructivas que involucran el daño del

material, la destrucción de la probeta o la pieza empleada en el ensayo

correspondiente y también la prueba de carga de la estructura la que podría dejar

seriamente dañada a la estructura.

Debe tenerse en cuenta que no se puede aplicar a todas las partes o componentes

de una estructura, ya que serían destruidos y perderían su utilidad; entonces podemos

concluir que los ensayos destructivos son la aplicación de métodos físicos directos

que alteran de forma permanente (al componente sujeto a evaluación) las


UNNERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO l. ASPECTOS GENERALES

propiedades físicas, mecánicas o dimensionales de un elemento estructural de una

estructura.

1.1.2 Ensayos Semi-Destructivos

En este grupo se engloban aquellos ensayos que afectan ligeramente al hormigón,

bien como consecuencia de la extracción de muestras de pequeño tamaño o por

ocasionar destrucciones que afectando a profundidades relativamente pequeñas, no

precisan reparación estructural. En cualquier caso el elemento afectado debe ser

reparado por fines estéticos. Ejemplo de este grupo podrían ser los ensayos de

arrancamiento, las tomas de muestras para algunos ensayos de durabilidad y los

micro-testigos.

1.1.3 Ensayos No Destructivos

Para ACI 228.2R-98 Métodos de ensayo no destructivos para la Evaluación de

estructuras de concreto, los Ensayos No Destructivos (END) son usados para

determinar las propiedades del concreto y para evaluar las condiciones sobre los

elementos de las estructuras, pudiéndose aplicar en cimentaciones profundas,

puentes, edificios, presas y otras construcciones de concreto. También en esta norma

indican que se trata de ensayos que no causan daño estructural significativo al

concreto.

En esta larga relación de pruebas no destructivas tenemos la prueba de martillo de

rebote, la prueba de resistencia a la penetración, prueba de extracción o pull out,

método de la madures del concreto, radiografía, eco-impacto, análisis espectral de

las ondas de superficie y termografía infrarroja. Es importante mencionar que en la

Tabla 2.1. Resumen de métodos no destructivos del ACI 228.2R-98, encontrará una

breve descripción de los métodos No destructivos y su aplicación. En lo que sigue

este trabajo, realizaremos una descripción de los principales métodos no destructivos.

1.1.3.1 PRUEBA DEL MARTILLO DE REBOTE o ESCLEROMETRO (ASTM C

805, NTP 339.181 :2013)

De acuerdo a ASTM C -805 Método de prueba estándar para determinar el

número de rebote en concreto endurecido; se busca medir el número de

rebote que representa la cantidad de energía residual del impacto de un martillo

de acero, el mismo que se impulsa (mediante un pistón) contra el concreto con

una cantidad predeterminada de energía.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTNO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK N Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila 14



Según ASTM C-805 se podría aplicar para conocer la uniformidad del concreto,

para diagnosticar zonas deterioradas o de baja calidad, y también, para realizar

correlaciones con la resistencia del concreto.

Se han hecho muchos intentos de crear pruebas no destructivas, pero muy

pocas de ellas han sido realmente exitosas como esta. Un método para el que

se ha encontrado aplicación práctica dentro de un campo limitado, desarrollada

por Ernst Schmidt. También se conoce como la prueba de martillo de impacto

o Esclerómetro el mismo que se muestra en la Figura 1.1.

Figura 1.1 utilizado durante una Fuente: Manual de usuario de esclerómetro Schmidt

La prueba está basada en el principio de que el rebote de una masa elástica

depende de la dureza de la superficie sobre la que golpea la masa. En la prueba

del martillo de rebote, una masa impulsada por un resorte tiene una cantidad

fija de energía que se le imprime al extender el resorte hasta una posición

determinada; esto se logra presionando el émbolo contra la superficie del

concreto que se va evaluar. Al liberarlo, la masa rebota del émbolo que aún está

en contacto con el con,creto y la distancia recorrida por la masa, expresada

como porcentaje de la extensión inicial del resorte, es lo que se llama número

de rebote y es señalado por un indicador que corre sobre una escala graduada.

El número de rebote es una medida, que depende de la energía almacenada

en el resorte y del volumen de la masa.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach, Pedro Erdulfo Moreno del AguiJa 15


1.1.3.2 PRUEBA DE RESISTENCIA A LA PENETRACION EN CONCRETO

ENDURECIDO (ASTM C 803, NTP 339.082:2011)

El Método de prueba estándar para determinar la resistencia a la penetración

en concreto endurecido (ASTM C 803), conocida comercialmente como la prueba

de la sonda de Windsor, consiste en calcular la resistencia del concreto a partir de la

profundidad de la penetración de una varilla metálica impulsada por una carga

estipulada de pólvora. El principio del método es que para condiciones estándar de

prueba, la penetración es inversamente proporcional a la resistencia a la compresión

del concreto, pero la relación también depende de la dureza del agregado. Así pues,

tiene que determinarse la dureza del agregado en la escala de Mohs, pero esto no

representa dificultad alguna.

Debe indicarse que la prueba mide básicamente la dureza y no puede proporcionar

valores de resistencia absolutos aunque es muy útil al determinar la resistencia

relativa, es decir para hacer comparaciones.

Este método de ensayo esta refrendado en nuestro país por la norma NTP

339.082:2011 Método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado de

mezclas por medio de su resistencia a la penetración.

Es probable que la prueba de la resistencia a la penetración llegue a sustituir al

menos en parte, a la prueba del martillo de rebote, a la que es superior en muchos

aspectos, ya que la medición no sólo se lleva a cabo en la superficie del concreto,

sino también a profundidad: ya que la sonda fractura el agregado y comprime el

material dentro del cual se introduce.

La Figura 1.2 muestra el momento cuando se lleva a cabo la realización de la prueba

de resistencia a la penetración.



Figura1.2 Equipo utilizado durante una prueba de penetración ASTM C 803.

Fuente: Catalogo de equipos Marca: Windsor.

1.1.3.3 PRUEBA DE PULL OUT o EXTRACCIÓN (ASTM C 900)

Es una prueba que mide, mediante un ariete de tensión, la fuerza requerida para

desprender una varilla de acero, con un extremo de mayor sección transversal

previamente empotrada generalmente de 25 mm de diámetro (véase Figura1.3

Representación esquemática de la prueba a la extracción.). Durante la operación se

extrae un cono de concreto y la fuerza requerida para ello está relacionada con la

resistencia a la compresión del concreto. La norma ASTM C 900 Método de prueba

estándar para estimar la resistencia a la extracción del concreto endurecido, el

mismo que consiste en extraer una pieza metálica introducida en el concreto fresco.

La resistencia a la extracción se determina midiendo la fuerza máxima necesaria para

sacar o extraer la pieza embebida en la masa de concreto.

d2 Fuerzo de Reacción

Figura1.3 Representación esquemática de la prueba a la extracción. Fuente: ASTM C-900



1.1.3.4 PRUEBAS RADIOACTIVAS ASTM C 1 040/ C 1 040M-08(2013)

Otro de los mayores desarrollos de los años 50s fue la difusión en la aplicación de los

métodos radiactivos para la inspección del concreto. Este método requiere de una

fuente de penetración electromecánica y el uso de un sensor detector de intensidad

de radiación que llega al atravesar el cuerpo del objeto. Si el sensor está en forma de

una película fotográfica especial, el método es denominado radiográfico. Si el sensor

es un dispositivo electrónico, ósea es capaz de convertir la incidencia de radiación en

pulsos eléctricos, el método es denominado radiometría. (Mitchell 1991)

Los primeros trabajos realizados en 1940 se centraron en el uso de rayos X para

producir radiografías lo que permitió revelar la estructura interna del elemento de

concreto, sin embargo en la década de los 50s se dio más atención al uso de rayos

gamma. Las diferencias fundamentales de estos dos modos de penetración

radioactiva son i) la fuente generadora de la radiación y ii) la capacidad de penetración

de la radiación.

Los rayos X son producidos por dispositivos electrónicos de alto voltaje mientras que

los rayos gamma son el resultado de la desintegración de isotopos radioactivos. La

capacidad de penetración de los rayos gamma dependerá del isotopo y de la edad

del radiactivo utilizado, mientras que con los rayos X depende del voltaje del aparato

que lo genera.

Existen entonces 2 métodos al utilizar fuentes de rayos X y Gamma en los ensayos

no destructivos del concreto. En el método por transmisión, la amplitud de la radiación

que pasa a través de un elemento es medido, ver Figura 1.4, la atenuación dependerá

de la densidad del material y del camino de recorrido desde la fuente hasta el sensor.

En el método por emisión, una fuente radioactiva se utiliza para generar rayos gamma

y un detector cerca de la fuente sirve para medir los rayos emitidos. El método por

emisión fue utilizado para medir la densidad in situ de los materiales de construcción.



Figura1.4. Esquema del ensayo radiográfico. Fuente: ASTM C 1040/C1040M-08(2013)

En 1979, The American Association of State Highway and Transportation Officials

(AASHTO) desarrolló la norma T 271 "Determinación de la densidad en estado

plástico y endurecido del concreto mediante métodos nucleares" y en 1984 The

American Society for Testing Materials siguió los pasos de AASHTO y desarrollo el

norma e 1 040. Este método de prueba busca determinar la densidad del concreto

fresco y endurecido incluyendo concretos compactados con rodillo aplicando

emisiones radioactivas con rayos gamma de forma controlada.

1.1.3.5 PRUEBA DE RUPTURA (ASTM e 1150)

La prueba de Ruptura muestra las medidas de la fuerza requerida para cortar una

base cilíndrica de una masa de concreto más grande (Johansen 1979). Se utilizan la

fuerza medida y un lazo preestablecido de la fuerza para estimar la fuerza compresiva

sobre el terreno. Los procedimientos estándares para usar este método se dan en

ASTM C 1150 Método de prueba para determinar el número de ruptura del

concreto, este método de ensayo cubre la determinación del número ruptura del

concreto endurecido en especímenes o estructuras de prueba, midiendo la fuerza

requerida para provocar el fallo de un espécimen central perforado como un voladizo

de acuerdo a la Figura 1.5.

El diagrama esquemático de la prueba de ruptura se muestra en la Figura1.5.

Esquema de funcionamiento del Ensayo de la Prueba de Ruptura.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenieria Civil CAPITULO l. ASPECTOS GENERALES

Bombo Hidraurico

Galgo de Presión

Figura1.5. Esquema de funcionamiento del Ensayo de la Prueba de Ruptura.

Fuente: ASTM C 1150

La prueba de ruptura se ha utilizado con éxito en una variedad de proyectos de

construcción en los países escandinavos, (Carlsson, 1984). Además de su uso para

estimar la fuerza compresiva sobre el terreno, el método también se ha utilizado para

evaluar la fuerza de enlace entre el concreto y los materiales de recubrimiento (Dahi

Jorgeson y Johansen 1984).

De acuerdo a ACI228.1 R, página 24, recomienda que esta prueba se realice en losas

cuyo espesor sea mayor a 150mm (6 pulgadas).

1.1.3.6 VELOCIDAD DE PULSOS UL TRASONICOS (ASTM C 597, NTP

339.237:2012)

Las pruebas tradicionales para conocer la resistencia del concreto se practican sobre

especímenes especialmente preparados, que por su origen no son verdaderamente

representativos del concreto de la estructura real. Prueba de esto es que el grado de

compactación del concreto de la estructura no se refleja en los resultados de la

prueba de resistencia, y no es posible determinar si realmente representa la

resistencia potencial de la mezcla, como lo indica la prueba del cilindro o del cubo.

Ciertamente es posible cortar una muestra de la misma estructura, pero esto da

necesariamente como resultado el daño al elemento estudiado.

Por estas razones, intentaron medir de manera no destructiva alguna propiedad física

del concreto relacionada con su resistencia. Han tenido mucho éxito con la

determinación de la velocidad de las ondas mecánicas ultrasónicas al pasar a través



del concreto. No existe ninguna relación especial entre esta velocidad y la resistencia

del concreto, pero, en condiciones específicas, las dos cantidades se relacionan

directamente. El factor común es la densidad del concreto: un cambio en la densidad

del concreto da como resultado un cambio de la velocidad del pulso. De manera

similar en una mezcla dada, la relación de la densidad real con la densidad potencial

(bien compactada) y la resistencia resultante se relacionan estrechamente. Así pues

un descenso en la densidad causado por un incremento en la relación agua cemento

debe disminuir tanto la resistencia a la compresión como la velocidad de un pulso a

través de éste.

Según ASTM C 597 Método de prueba estándar para determinar la velocidad del

pulso a través del concreto, al aplicar este método se determina la velocidad de la

propagación de un pulso de energía vibratoria a través de un miembro de concreto.

Un transductor envía una onda de corta-duración, señal de alto voltaje a un

transductor de recepción. El ensayo comienza generando un pulso eléctrico y en

simultáneo se enciende un temporizador electrónico. Las vibraciones del transductor

se transfieren al concreto a través de un líquido viscoso como acoplador.

El pulso vibratorio viaja a través del elemento ensayado y es detectado por el

transductor receptor. Cuando se recibe el pulso, el temporizador electrónico se

detiene y se calcula el tiempo transcurrido.

La longitud del camino o distancia entre los transductores se divide por el tiempo del

recorrido para obtener la velocidad del pulso a través del concreto. Es también

posible medir la atenuación del pulso ultrasónico que viaja del transmisor al receptor.

(George Teodoru 1988).

1.1.3.7 MÉTODOS COMBINADOS

El término "Método combinado" se refiere al uso de dos o más métodos sobre el

terreno como una prueba para estimar la fuerza del concreto. Combinando resultados

de varias pruebas, se puede establecer una correlación multi-variable para estimar la

fuerza.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENJERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO l. ASPECTOS GENERALES

Los métodos combinados están señalados para aumentar la confiabilidad de la fuerza

estimada. El concepto subyacente es que si los dos métodos son influenciados de

diversas maneras por el mismo factor, su uso combinado da lugar a un efecto que

cancela esto y que mejore la exactitud de la fuerza estimada. Por ejemplo, la

velocidad del pulso aumenta con la humedad mientras que disminuye el número del

rebote.

Las combinaciones tales como velocidad del pulso y número de rebote (o velocidad

del pulso, número del rebote, y atenuación del pulso) han sido reportados para dar

lugar a relaciones de fuerza con coeficientes de correlación más altos que cuando

los métodos son utilizados individualmente. Sin embargo, las mejoras han sido por lo

general, solamente marginales. (George V. Teodoru 1988).

Se acentúa que la combinación de métodos no es un extremo en sí mismo. Un

método combinado se debe utilizar en esos casos donde está la manera más

económica de obtener una estimación confiable de la fuerza del concreto

(Leshchinsky 1991 ). En Norteamérica, el uso de métodos combinados ha despertado

poco interés entre investigadores.

Como resultado, no ha habido esfuerzos de desarrollar los estándares de ASTM para

su uso.

Las actuales tecnologías de ensayos no destructivos se continúan desarrollando y la

investigación busca mejorar los métodos existentes y desarrollar nuevos métodos.

Los Ensayos No Destructivos se vienen aplicando a construcciones de concreto por

cuatro razones:

• Control de Calidad a construcciones nuevas

• Solución de litigios y/o arbitrajes

• Evaluación de las condiciones con fines de rehabilitación

• Aseguramiento de la calidad de las reparaciones

Los END se vienen aplicando para la investigación de estructuras de concreto. Estos

tipos de ensayos se vienen incrementando cada vez más debido a algunos factores

como:



Desarrollo de la tecnología en hardware y software para la recopilación y

análisis de información.

Las ventajas económicas al realizar evaluaciones de grandes volúmenes de

concreto en comparación con las pruebas destructivas (probetas y muestras

diamantinas)

Evaluaciones rápidas y completas de estructuras.

Garantía de los resultados cuando se evalúan cimentaciones profundas y a

las reparaciones estructurales que se hayan realizado a elementos de una

estructura.

1.1.4 Restricciones y ventajas de los resultados de los métodos destructivos y no

Destructivos (describir el artículo de Malhorta)

Tradicionalmente la inspección y estudio del concreto in situ se ha venido realizando

mediante inspección visual de la construcción en proceso y mediante ensayos

estandarizados sobre especímenes de concreto. Esta última no provee información

del concreto en la estructura (lo que implica ser parte de un macizo sólido y bajo las

cargas actuantes).

Los END ofrecen la ventaja de que los resultados de las propiedades del concreto

endurecido como el módulo de elasticidad, densidad, resistividad, etc. se obtienen in

situ.

La mayoría de END son métodos indirectos de ensayo pues la condición del concreto

se determina a partir de la medición de algún estimulo aplicado y su posterior

evaluación. Se podrán realizar una o varias de estas pruebas. Algunos ensayos

resultan ser ambiguos y es por eso la necesidad de realizar ensayos

complementarios. Los Ensayos complementarios pueden ser otros ensayos no

destructivos o también algunas pruebas invasivas o destructivas.

Skramtajev en 1938; después de realizar varios trabajos de investigación llegó a las

siguientes conclusiones con respecto a los ensayos de laboratorio en estructuras de

concreto:

Las condiciones de curado de los especímenes de laboratorio no son

representativos del concreto in-situ.

El número de ensayos en probetas estándar es insuficiente para asegurar

la similitud en todos los miembros de la estructura.



Las probetas ensayadas a 28 días no proveen información de la

resistencia a largo plazo de la estructura.

Los ensayos superficiales no proveen información del estado del concreto

a los efectos de la carbonatación, forma de vaciado y condiciones de

humedad.

Métodos que requieren instalación de equipamiento tienden a proveer

estimaciones más precisas de la resistencia del concreto en comparación

de los métodos que no lo requieren pero carecen de flexibilidad para

usarse en cualquier locación en una estructura existente.

Es interesante que 70 años después, los mismos argumentos y limitaciones son

citados en relación a los ensayos in situ (página 2, 1.2 Necesidad de pruebas in situ

durante la construcción ACI 228, 1989)

En 1938 salió a la luz otro trabajo de investigación el cual realmente utilizaba un

método no destructivo. Esta investigación "Medición del Módulo de Elasticidad de

Young por Medio de Vibraciones Sónicas" que fue llevado a cabo por T.C Powers,

de la Asociación de Cementeras de Portland, reportó la aplicación del ensayo de la

frecuencia de resonancia para calcular el módulo de elasticidad del concreto (T. C.

Powers 1938).

Especímenes prismáticos fueron golpeados utilizando un martillo y la frecuencia de

resonancia resultante fue determinada por comparación con el nivel del sonido

emitido al realizarse el mismo ensayo en una barra de acero calibrado.

Posteriormente con el desarrollo de equipos electrónicos se eliminó la necesidad de

comparar el nivel del sonido generado al golpear el espécimen en estudio. Estos

nuevos dispositivos utilizaban parlantes para hacer vibrar el espécimen a una

determinada frecuencia y un transductor (aguja de fonógrafo) fue utilizado para medir

la amplitud de la vibración. Cuando el espécimen empezaba a vibrar en su frecuencia

de resonancia se apreciaba la máxima amplitud.

El método de prueba que utilizada la frecuencia de resonancia fue rápidamente

adoptado para monitorear el deterioro durante el ensayo de congelamiento y

descongelamiento, y así se convirtió en el primer ensayo no destructivo en ser

estandarizado por ASTM. Un ensayo tentativo para medir la frecuencia de resonancia

transversal de especímenes de laboratorio fue publicado en 1947. Se trata del ASTM



C 215 "Método de prueba estándar aplicando frecuencia resonante transversal,

longitudinal y de torsión en probetas de concreto" el método de ensayo cubre la

medición de la frecuencia resonante transversal, longitudinal, y de torsión de prismas

de concreto y cilindros para el propósito de calcular módulo dinámico de elasticidad

de Young, el módulo dinámico de rigidez (a veces designado como "el módulo de

elasticidad en cortante"), y la relación dinámica de Poisson.

1.2 ONDAS:

El término "onda" se utiliza para describir una perturbación que varía en el tiempo y

en el espacio y que al hacerlo transporta energía.

Hay dos maneras de categorizar las ondas.

);> El primero se basa en la dirección del movimiento de las partículas individuales

relativa a la dirección en la que la onda viaja. De esta manera, se pueden

distinguir tres tipos de ondas en sólidos:

Longitudinal (con vibraciones de partículas paralelas a la dirección de las

olas);

- Transversal o cortante (con vibraciones de partículas perpendiculares a la

dirección de las olas);

- Superficial o Rayleigh (con vibraciones de partículas en la órbita elíptica

de forma simétrica).

);> La segunda forma de categorizar las ondas depende de la capacidad de

propagación a través del vacío. En este caso, se puede especificar dos tipos

de ondas: mecánica y electromagnética.

Una onda mecánica no es capaz de transmitir su energía a través de vacío.

Las ondas mecánicas requieren un medio con el fin de transportar su

energía de una ubicación a otra. Algunos ejemplos de ondas mecánicas:

• Las olas del mar

• Ondas sísmicas


25


• Ondas acústicas.

Debido a que las ondas mecánicas causan desplazamientos en el medio en el cual

se propagan, la velocidad de propagación se ve afectada por las propiedades del

medio. Específicamente, la rigidez del medio, o módulo dinámico de elasticidad, el

cual tiene un efecto significativo en la velocidad de propagación así también la

densidad del medio.

Una onda electromagnética, es una onda que es capaz de transmitir su energía a

través del vacío. Estas ondas se propagan por los cambios en el estado eléctrico y

magnético y no requieren un medio para propagarse. En los sólidos, las ondas

electromagnéticas consisten de una onda transversal con un componente eléctrico y

magnético.

Dependiendo del tipo y frecuencia de onda, los ensayos no destructivos aplicados

para la inspección de estructuras de concreto y de mampostería pueden clasificarse

de diversas maneras. Un ejemplo de dicha clasificación se muestra en Cuadro 1.1.

Cuadro11 Clasificación de /as ondas de acuerda a la frecuencia

Método Forma de Onda Frecuencia

Radiografia Gamma 10"21 Hz

Rayos X 10"17 Hz

Termografic Far lnfra red 10"12 Hz

Radar Radio y Micro

SOMHz-2.5 GHz Ondas

Ultrasónico Mecánica 50kHz-10M Hz

Sónico Mecánica 50Hz-20kHz

Fuente: Elaboración Propia.

La inspección visual se basa en la propagación de las ondas electromagnéticas dentro

de la luz visible. Sin embargo, los resultados de este tipo de inspección son sólo

superficiales y puede dar sólo una estimación de lo que puede estar sucediendo en

el interior de la estructura.

1.3 FENÓMENO PIEZOELÉCTRICO

El efecto piezoeléctrico es la generación de una carga eléctrica por un material

cristalino que es sujeto a un esfuerzo mecánico. Al aplicar una tensión mecánica,



cambia la polarización eléctrica del material generándose un campo eléctrico

(aparición de cargas en las superficies del material).

La tensión mecánica cambia el centro de gravedad de cargas negativas y positivas

produciendo un cambio en el momento bipolar. El efecto existe en cristales naturales,

como el cuarzo (Si02), y en cerámicos polarizados artificialmente y algunos

polímeros.

Los Hermanos Pierre y Jacques Curie descubrieron el efecto piezoeléctrico en el

cuarzo en 1880, pero se le dio muy poco uso práctico hasta 1917 cuando el profesor

francés Paul Langevin usó láminas de cuarzo para generar y detectar ondas en agua.

El efecto inverso también se da al aplicar un campo eléctrico en el cristal; apareciendo

una deformación mecánica en el cristal.

1.4 MÉTODO DE ULTRASONIDO

El método de ultrasonido es un ensayo relacionado con la propagación de ondas de

compresión a una frecuencia ultrasónica, en donde se mide el tiempo de viaje de las

ondas ultrasónicas al atravesar una distancia conocida en la muestra ensayada.

Estas ondas que viajan a una frecuencia de entre 50kHz - 1 O M Hz son llamados por

la literatura especializada como pulsos ultrasónicos; estos son generados por un

transductor piezoeléctrico y un transductor similar actúa recibiendo las ondas, esto

para monitorear las vibraciones en la superficie del concreto causado por la llegada

de los pulsos de onda.

Un circuito de temporización es utilizado para medir el tiempo que toma un pulso al

viajar desde el transductor emisor al receptor. La presencia de concreto de bajas

densidades y fisuras incrementa el tiempo de viaje lo cual resulta en una disminución

de la velocidad de las ondas ultrasónicas. El tiempo de viaje aumenta en vista de que

las ondas ultrasónicas generadas son mecánicas y no pueden viajar en el vacío, es

así que cuando encuentre fisuras, oquedades y/o cangrejeras buscan otros caminos

para propagarse, lo que conlleva un aumento del tiempo de viaje.



Desarrollando ensayos en varios puntos de la estructura, la determinación y ubicación

de zonas con concreto de baja calidad se puede identificar por las bajas velocidades

de los pulsos ultrasónicos.

El desarrollo de la instrumentación para medir la velocidad de los pulsos ocurrió casi

simultáneamente en Canadá y en Inglaterra (Whiteburst 1951)

El desarrollo tuvo éxito por el trabajo logrado por el Cuerpo de Ingenieros de Estados

Unidos al medir la velocidad de las ondas mecánicas de compresión en el concreto

(Long 1945).

R T1 y T2: Tiempo (s) de viaje de la onda producida al golpear la superficie del

concreto con un martillo hasta llegar a la superficie de contacto de los

transductores.

R1 y R2: Transductores receptores

L: distancia en (m) entre los transductores R1 Y R2.

Figura 1. 6 Esquema del trabajo del primer Soniscope, antecesor del V-Meter MK IV. Fuente: Elaboración Propia

Los primeros ensayos utilizaban 2 transductores receptores dispuestos sobra la

superficie ensayada, donde se martillaba horizontalmente sobre la misma línea

"imaginaria" de los transductores receptores y un equipo electrónico diseñado para

medir los intervalos de tiempo fue utilizado para medir el tiempo de viaje del pulso

entre el primer y segundo transductor. En la Figura 1.6, se puede ver la disposición

de los transductores R1 y R2 alineados con el martillo generador de las ondas.

El principal propósito del método fue estimar el módulo de elasticidad in-situ.

Entre 1946 y 1947, los ingenieros de la Comisión de la Hidroeléctrica de Ontario

trabajaron para desarrollar un artefacto para la detección de grietas en la presa de la

hidroeléctrica (Leslie and Cheesman, 1949)



Este artefacto se denominó "SONISCOPE", tenía un transductor que operaba a una

frecuencia de 1OkHz y cuyas ondas generadas eran capaces de penetrar 15m dentro

del cuerpo del concreto y podía medir el tiempo de viaje con una exactitud de 3%.

El propósito declarado del Soniscope fue la identificación y ubicación de fisuras

internas, determinar la profundidad de fisuras superficiales y la estimación del módulo

dinámico del concreto (Leslie and Cheesman, 1949)

Se mencionó que el tiempo de viaje era el parámetro fundamental del método, la

amplitud de la señal recibida es el siguiente parámetro en orden de importancia,

porque la transferencia de energía entre los transductores no puede ser controlado.

También se enfatizó que la interpretación de los resultados requiere un conocimiento

de la historia de la estructura investigada.

De las primeras aplicaciones del Soniscope al investigar las masas del concreto se

enfatizó en la medición de la velocidad del pulso ultrasónico más que en la estimación

de la resistencia o el cálculo del módulo de rigidez elástico, Parker 1953.

Al realizar la lectura de la velocidad a lo largo y ancho del cuerpo del concreto de la

estructura ensayada se puede fácilmente localizar zonas con dificultades como

cangrejeras y fisuras.

Parker (1953) reportó los primeros intentos en la hidroeléctrica de Ontario para

desarrollar relaciones entre la velocidad del pulso ultrasónico y la resistencia a la

compresión.

Realizó 46 mezclas que involucraron los mismos agregados, diferentes tipos de

cemento y aditivos y se ensayaron con el Soniscope y posteriormente se

comprimieron; los resultados indicaban que no existían diferencias significativas entre

velocidad vs resistencia para las diferentes mezclas. Estos resultados fueron tratados

estadísticamente en grupo y se realizó el cálculo para determinar la curva de menor

ajuste.

La Figura 1.7 muestra la relación entre la fuerza estimada a partir de la velocidad del

pulso y el límite inferior de confianza (a=S%) estuvo alrededor del 45% de la

resistencia media. Esto muestra el alto nivel de incertidumbre del método al pretender

correlacionar la resistencia versus la velocidad de la onda ultrasónica.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTNO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila 29


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Pulse velocity, mis


Figura 1. 7 Resistencia a la compresión versus velocidad de la Onda Ultrasónica, basado en más de 46

mezclas con el mismo agregado.

Fuente: (Parker 1953)

La incertidumbre inherente en el uso del método de ultrasonido para estimar la

resistencia fue determinada tempranamente casi simultáneamente como salió el

método de ultrasonido.

La Figura 1. 7 también muestra que el cambio en una unidad de la velocidad del pulso

ultrasónico decrece con el incremento de la resistencia. Lo que significa que la

velocidad del pulso ultrasónico es relativamente insensible a la resistencia en

concretos maduros.

Mientras los trabajos con el soniscope progresaban en Canadá, R. Jones y

colaboradores en el Laboratorio de Investigaciones en Carreteras (RRL) por sus

siglas en inglés; desarrollaron un aparato para ensayos ultrasónicos (Jones 1949).

Los investigadores de la Road Research Laboratory (R.R.L) estuvieron interesados

en ensayar la calidad de los pavimentos, los cuales utilizaban muestras de pequeña

longitud. Así fue que desarrollaron un aparato que debería ser operado a frecuencias

más altas que el Soniscope. Este aparato fue denominado Probador Ultrasónico de

Concreto. Durante los ensayos se utilizaban transductores a frecuencias de 60 a 200

kHz, dependiendo de la penetración requerida en los ensayos (Jones 1953).

Además de utilizar diferentes frecuencias, el aparato inglés era mucho más exacto

que el soniscope cuando se medía el tiempo de viaje de las ondas. Era fundamental

tener menos márgenes de error en medir este parámetro debido a que los

especímenes que utilizaban eran de mucha menor longitud de ensayo. El tiempo de



viaje era estimado por el probador ultrasónico de concreto con una exactitud del orden

de +/- 0.2 J.JS (J.Js=micro segundo, 1 0-6s)

Jones revisó el programa de ensayos llevado a cabo con el aparato que acaban de

desarrollar (Jones 1949), y realizaron los siguientes estudios:

• Investigaron el comportamiento del pulso ultrasónico a diferentes profundidades

de penetración en especímenes cubos y en losas. Fue uno de los primeros

estudios realizados.

• Investigaron la influencia de la relación agua-cemento, del tipo de agregado y

la cantidad utilizada en las pruebas de medición de la velocidad de ultrasonido.

Estos estudios demostraron la importancia del tipo y el contenido del agregado

en los resultados de los ensayos con ultrasonido.

• Investigaron la relación entre la velocidad de los pulsos ultrasónicos y la

resistencia a la compresión. Estos estudios llegaron a demostrar que para

determinadas mezclas y bajo condiciones uniformes se encontraban buenas

correlaciones entre velocidad y resistencia.

Entonces Jones estableció los problemas inherentes en utilizar la velocidad de los

pulsos ultrasónicos para estimar la resistencia del concreto.

A pesar de estos tempranos descubrimientos, muchos investigadores trataron de

establecer correlaciones entre la velocidad de los pulsos y la resistencia, muchos de

estos investigadores llegaron a la misma conclusión que Jones.

Whiteburst publicó el Cuadro 1.2 Clasificación de la calidad del concreto sobre la base

de la velocidad de pulso, utilizado como indicador de la calidad del concreto utilizando

la velocidad de los pulsos ultrasónicos.

Esta tabla fue citada posteriormente en varias publicaciones. Sin embargo, Whiteburst

advirtió que estos resultados eran aplicables en concreto con densidades de 2400

kg/m3 aproximadamente. A pesar de todo esto la tabla fue usada frecuentemente por

investigadores sin experiencia con el único fin de relacionar sus resultados obtenidos.

Se recomienda que se realicen estudios a fin de llegar a resultados similares a la tabla

anterior con otras densidades de concreto, las cuales sean las más usadas en la

industria de la construcción peruana.



Cuadro 1.2 Clasificación de la calidad del concreto sobre la base de la velocidad de pulso. Velocidad de los

pulsos (m/s) Condición

>4570 Excelente

3660-4570 Generalmente bueno

3050-3660 Cuestionable

2130-3050 Generalmente pobre

< 2130 Muy pobre

Fuente: Whtteburst (1951)

Esta tabla fue citada posteriormente en varias publicaciones. Sin embargo, Whiteburst

advirtió que estos resultados eran aplicables en concreto con densidades de 2400

kg/m3 aproximadamente. A pesar de todo esto la tabla fue usada frecuentemente por

investigadores sin experiencia con el único fin de relacionar sus resultados obtenidos.

Se recomienda que se realicen estudios a fin de llegar a resultados similares a la tabla

anterior con otras densidades de concreto, las cuales sean las más usadas en la

industria de la construcción peruana.

1.5 CONCRETO

Las propiedades del concreto son sus características o cualidades básicas. Las cuatro

propiedades principales del concreto son: TRABAJABILIDAD,

COHESIVIDAD, RESISTENCIA Y DURABILIDAD. (IMCYC, 2004).

Las características del concreto pueden variar en un grado considerable, mediante el

control de sus ingredientes. Por tanto, para una estructura específica, resulta

económico utilizar un concreto que tenga las características exactas necesarias,

aunque esté débil en otras.

• Trabajabilidad: Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del

concreto. En esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los

ingredientes y la mezcla resultante puede manejarse, transportarse y

colocarse con poca pérdida de la homogeneidad.

• Cohesividad: se define como la propiedad del concreto fresco gracias a la

cual es posible controlar el peligro de segregación durante la etapa de

colocación de la mezcla, al mismo tiempo que contribuye a prevenir la



aspereza de la misma y facilitar su manejo durante el proceso de

compactación del concreto.

• Resistencia: Es una propiedad del concreto que, casi siempre, es motivo de

preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final de una

probeta en compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia en

un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida más

común de esta propiedad.

• Durabilidad. El concreto debe ser capaz de resistir a la intemperie, acción de

productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio.

También se debe entender el proceso por el que pasa el concreto desde una

etapa temprana como concreto fresco hasta que endurece.

Concreto fresco: Al principio el concreto parece una "masa". Es plástica

y puede ser trabajada y moldeado en diferentes formas. Y así se conserva

durante la colocación y la compactación. Las propiedades más

importantes del concreto fresco son la trabajabilidad y la cohesividad.

Estado fraguado: Después, el concreto empieza a ponerse rígido.

Cuando ya no está blando, se conoce como FRAGUADO del concreto El

fraguado tiene lugar después de la compactación y durante el acabado.

Concreto endurecido: Después que el concreto ha fraguado empieza a

ganar resistencia y se endurece. Las propiedades más importantes del

concreto endurecido son resistencia y durabilidad.

Componentes

El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La

pasta, compuesta de cemento portland y agua, une a los agregados (arena y grava o

piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece

debido a la reacción química entre el cemento y el agua. Los agregados generalmente

se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas



naturales o manufacturadas con tamaño de partícula que pueden llegar hasta 1 O mm;

los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y

pueden variar hasta 152mm. El tamaño máximo del agregado que se emplea

comúnmente es el de 19 mm o el de 25mm. (Steven, 1992)

Cemento

Los cementos hidráulicos son aquellos que tienen la propiedad de fraguar y endurecer

en presencia de agua, porque reaccionan químicamente con ella para formar un

material de buenas propiedades aglutinantes.

Agua

Es el elemento que hidrata las partículas de cemento y hace que estas desarrollen

sus propiedades aglutinantes.

Agregados

Los agregados para concreto pueden ser definidos como aquellos materiales inertes

que poseen una resistencia propia suficiente que no perturban ni afectan el proceso

de endurecimiento del cemento hidráulico y que garantizan una adherencia con la

pasta de cemento endurecida.

Aditivos

Se utilizan como ingredientes del concreto y, se añaden a la mezcla inmediatamente

antes o durante su mezclado, con el objeto de modificar sus propiedades para que

sea más adecuada a las condiciones de trabajo o para reducir los costos de

producción.

1.5.1 Propiedades del concreto que influyen en el ensayo de Ultrasonido

La filosofía que gobierna el ensayo del concreto endurecido mediante ultrasonidos,

está basada en la medición de la velocidad de propagación de un impulso ultrasónico

a través de dicho material. Este parámetro está relacionado con las propiedades

elásticas del concreto que se ensaya, que están conectadas a su vez con sus

parámetros resistentes y de densidad.



Por lo general, es la velocidad de un impulso de ondas longitudinales o de compresión

la que se mide, por ser las que van asociadas a una mayor energía de impulso y, por

tanto, las que proporcionan un frente de ondas bien definidos que puede ser

detectado con suficiente nitidez en el transmisor receptor.

Los diversos factores que influencian los resultados que se obtienen con el ensayo

de ultrasonidos en el concreto van asociados a:

Tipo y composición del hormigón

- Tipo de concreto (normal o ligero)

- Tipo y dosificación de cemento

- Tipo, dosificación y tamaño máximo del agregado grueso.

Relación agua/cemento (a/c)

Factores relacionados con el tipo de pieza que se investiga

Tipo y dimensiones del elemento estructural o pieza que se ensaya.

Posición de la zona ensayada en la pieza.

- Temperatura del hormigón

Edad del hormigón

- Contenido de humedad del concreto

- Condiciones de curado del concreto

Presencia de armaduras

Rugosidad de la superficie del elemento o pieza que se ensaya

Nivel tensional de la zona o elemento estructural ensayado

En lo que sigue, analizaremos los aspectos más destacados relacionados con dichas

variables.

1.5.2 Tipo de concreto

La mayoría de las investigaciones realizadas sobre las aplicaciones de los

ultrasonidos en el concreto, han estado basadas en ensayos sobre concreto de

densidad normal. Las referencias bibliográficas sobre la aplicación de la técnica

ultrasónica a los hormigones ligeros son relativamente escasas.

Por otra parte, las .aplicaciones estructurales a base de concretos fabricados con

áridos de bajo peso específico son cada vez más numerosas y, por ello, es interesante



conocer las diferencias básicas de comportamiento del ensayo ultrasónico en

concretos normales y en concretos ligeros.

Las experiencias realizadas en concretos fabricados con arcillas expandidas y otros

áridos ligeros, han mostrado que cuando ha sido utilizada la técnica ultrasónica para

estimar la resistencia de estos últimos, para una misma velocidad de tránsito, ha sido

superior a la estimada para hormigones de densidad normal.

Para niveles de resistencia a compresión similares, la velocidad de transito obtenida

en hormigones ligeros fue siempre inferior a la de los hormigones normales. El mayor

agrupamiento de los resultados que se observa en hormigones ligeros, parece indicar

que el contenido de humedad del hormigón ejerce una menor influencia sobre la

velocidad de los ultrasonidos en este tipo de hormigones.

1.5.3 Tipo y dosificación del concreto

El tiempo requerido para que las ondas de tipo ultrasónico atraviesen un medio

heterogéneo es la suma de los tiempos de tránsito a través de sus componentes

individuales.

Dado que el tiempo de transito es inversamente proporcional a la velocidad del

impulso ultrasónico, que a su vez está relacionada con las propiedades elásticas del

concreto, las propiedades y proporciones de los componentes individuales, tendrán

una indudable influencia en la medida de la velocidad final de propagación a través

del concreto.

La bibliografía publicada sobre la influencia que el tipo de cemento ejerce en la

medida de la velocidad, hacen referencia a que el tipo y dosificación del cemento

utilizado en la fabricación del hormigón, influyen en los resultados de la velocidad de

los ultrasonidos, pero en ninguno de estos documentos se cuantifica dicha influencia.

Hay otros factores que influyen sobre los valores de la velocidad y resistencia como

son, adherencia árido-pasta, nivel de compactación, calidad de la matriz cementada

y distribución de áridos en el hormigón. La calidad de la matriz determina las

diferencias pendientes obtenidas para las curvas que se correlacionan la resistencia

y la velocidad del impulso ultrasónico; al aumentar la dosificación de cemento, la

pendiente de las curvas de regresión se hace mayor, resultando un menor rango de

las velocidades de tránsito obtenidas para diferencias de resistencia a compresión

superiores.



1.5.4 Tipo, dosificación y tamaño máximo del agregado


El ensayo con ultrasonidos no proporciona una estimación directa de la resistencia a

compresión de un hormigón endurecido, debiéndose para ello establecer

correlaciones entre los parámetros de resistencia y velocidad. Estas relaciones se

verán alteradas por los componentes del hormigón, en particular por las propiedades

del árido utilizado.

El tipo y el tamaño máximo el árido influyen de modo considerable en la velocidad de

los ultrasonidos que se obtiene, mientras que para una relación agua/cemento

constante, su influencia en los valores de la resistencia a compresión es

comparativamente mucho menor. Por tanto se deben estudiar diferentes

calibraciones entre los parámetros de resistencia y velocidad, para diferentes

dosificaciones del árido grueso.

Los cambios en la dosificación de áridos en el hormigón tienen un efecto apreciable

sobre la medida de la velocidad ultrasónica, mientras que no afectan del mismo modo

a su resistencia. Al ser la velocidad de los ultrasonidos sustancialmente mayor en la

mayoría de los áridos naturales que en la pasta de mortero endurecido existen

diferentes correlaciones entra velocidad y resistencia para diferentes dosificaciones

de árido en la mezcla.

La Figura 1.8, tomada de la publicación de John Henry Bungey, presenta las

diferentes velocidades del impulso ultrasónico que se obtienen para hormigones con

iguales dosificaciones de cemento, áridos y agua, al variar el tipo de árido utilizado.

Para un mismo nivel de resistencia a compresión, las velocidades de transito que se

obtienen en concreto fabricados con áridos silíceos son menores que las obtenidas

con áridos· graníticos o calizos. En general, para un determinado valor de la

resistencia a compresión del hormigón, la velocidad de transito obtenida es inferior

cuanto menor es la densidad del árido utilizado. Igualmente, puede establecerse que

la velocidad del impulso ultrasónico aumenta a medida que lo hace el tamaño máximo

del árido.



60·.---_,.---r -' ¡- 1

SIJ·t-~--+---,- --~~---f..--7"!--:;-·-l

1

10+-----~--~r---~----~----~----~ ,,u .:1,~ 4,;5 4,6 4. i -1 ,S

VeLOCIDAO O~ Tlt-\:"SMISIÓN (l',mr~¡

Figura1.Binfluencia del tipo de árido en la resistencia del concreto. Fuente: John Henry Bungey

1.5.5 Relación agua/cemento

El efecto de la variación de la relación agua/cemento, sobre la velocidad de los

ultrasonidos, va asociados con la edad del hormigón que se ensaya. A cortas edades

(es decir, en las primeras horas o días) la influencia relativa de la cantidad de agua

presente en el hormigón es superior a la que ejerce la calidad de la pasta endurecida,

que está en pleno proceso de hidratación. A mayores edades, es más determinante

la calidad de la pasta endurecida y el tipo y dosificación del áridos, que la propia

relación A/C.

Para niveles bajos de resistencia (o a cortas edades del hormigón) los efectos de las

proporciones de la mezcla son menos significativos que a edades posteriores.

1.5.6 Tipo y dimensiones del elemento estructural o pieza que se ensaya

Las velocidades del impulso ultrasónico no se ven generalmente influenciadas por la

longitud de la trayectoria siempre que ésta no sea excesivamente pequeña, en cuyo

caso la naturaleza heterogénea puede afectar de forma importante a la medida

realizada.

La norma UNE 83308:1986 Ensayos en Concreto. Determinación de la velocidad

de propagación de los impulsos ultrasónicos. Recomienda por ello, que la longitud

sea al menos cinco veces mayor que el tamaño máximo del árido. En este sentido,


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otras normas europeas contienen comentarios similares, recomendando longitudes

mínimas de trayectoria de 100 y 150m m, para hormigones con 20 y 40mm de tamaño

máximo de árido, respectivamente. Es importante mencionar que al momento de

realizar los ensayos de esta investigación siempre se tuvo en cuenta las

recomendaciones de esta y otras normas referentes en el tema de ultrasonido en

concreto.

Las limitaciones físicas del equipo en la medición del tiempo de transito que incorpora

el equipo, pueden introducir también errores importantes cuando se trabaja en

trayectorias cortas. Este posible efecto se muestra en la Figura 1.9, en la que se

muestran los resultados de ensayos realizados en laboratorio sobre probetas en las

que se iba reduciendo su longitud por medio de sucesivos cortes con sierra

diamantada.

5. o

i 4.6 e:

:Q o

"' Cl

"' e 42 c. .,

"C "C

"' :g 3.8 o a; >

3.4 o

( 1

7 1

50 100 150 200 250

Distancia entre transductores (mm)

Figura 1. 9 Efecto de sucesivos cortes en la longitud del elemento ensayado. Fuente: John Henry Bungey

Respecto a la forma y tamaño de los elementos a ensayar con ultrasonidos, la

totalidad de la bibliografía consultada, incluida la correspondiente a la norma UNE

83308:1986 Ensayos en Concreto. Determinación de la velocidad de

propagación de los impulsos ultrasónicos, hace referencia a que la propagación

de los impulsos ultrasónicos es independiente de la forma y tamaño de los elementos

a ensayar, siempre que las dimensiones transversales a la dirección de propagación

no sean inferiores a la longitud de onda del impulso.

La posición de la zona de ensayo en el elemento estructural que se investiga, es

también una variable a tener en cuenta en la medida de la velocidad del impulso

ultrasónico.



Cualquier cambio en la concentración de áridos en el hormigón, motivado por los

efectos de la compactación, es debido casi enteramente al movimiento de las

partículas más gruesas de árido, lo que puede justificar la reducción de velocidad

que se obtiene en las partes altas de elementos hormigonados verticalmente,

donde se acumula una mayor concentración de pasta de mortero endurecido,

cuya velocidad de impulso ultrasónico es inferior a la de la mayoría de los áridos

utilizados.

1.5.7 Temperatura del concreto (·

Las variaciones de temperatura del hormigón entre 5°C y 30°C, no producen cambios

significativos en las velocidades medidas. La norma UNE 83308:1986 Ensayos en

Concreto. Determinación de la velocidad de propagación de los impulsos

ultrasónicos, indica que fuera de este intervalo de temperaturas, los resultados

obtenidos cambian sin que necesariamente se hayan producido modificaciones

paralelas en las propiedades del hormigón ensayado.

Para temperaturas extremas, el efecto de variación de la velocidad del impulso

ultrasónico puede ser estimado a partir del Cuadro 1.3 Correcciones en la velocidad

de onda, por efecto de temperaturas extremas en el concreto., tomada de BS 1881,

parte 203, que permite corregir la velocidad del impulso ultrasónico para temperaturas

fuera del rango comprendido entre 5°C - 30°C.

Cuadro 1.3 Correcciones en la velocidad de onda, por efecto de temperaturas extremas en el concreto.

Temperatura Corrección(%)

(OC) Concreto curado al aire Concreto curado en agua (saturado)

+60 +5 +4

+40 +2 1.7

+20 o o o -0.5 -1.0

-4 -1.5 -7.5

Fuente: BS 1881, part 203.

Los resultados presentados en la citada tabla, están basados en los trabajos de Jones

y Facaoaru, y han sido obtenidos a partir del ensayo de un solo tipo de hormigón,

fabricado con cemento portland sin adiciones.



Según estos autores, la disminución de la velocidad del impulso ultrasónico es debido

a la micro-fisuración interna asociada a altas temperaturas del hormigo. Por otra parte,

la congelación del agua del concreto a bajas temperaturas hace aumentar la velocidad

si no se produce un efecto disruptivo en la masa.

Igualmente, debe tenerse en cuenta que el incremento de temperatura del concreto,

aumenta la desviación típica de la población de velocidades del impulso ultrasónico,

respecto a los valores obtenidos inicialmente.

1.5.8 Edad del concreto

El método de los ultrasonidos se muestra muy sensible para detectar los cambios que

van produciéndose en la masa de hormigón durante las primeras horas y días

después de su fabricación, es decir, durante el inicio y primer desarrollo del proceso

de hidratación del cemento. Sin embargo, a medida que ese proceso va

completándose, pequeñas variaciones de la velocidad del impulso ultrasónico pueden

representar diferencias ostensibles en la resistencia a compresión del hormigón.

Para un valor determinado de la velocidad ultrasónica, la resistencia del hormigón es

superior para hormigones de mayor edad. También es interesante observar cómo van

aumentando las pendientes de estas curvas de correlación con la edad del hormigón,

resultando que para un menor rango de velocidades, se obtienen variaciones más

amplias en la resistencia.

1.5.9 Contenido de humedad del concreto

En general, la velocidad del impulso ultrasónico aumenta con el contenido de

humedad del concreto. Esta influencia es más acusada en hormigones de bajos

niveles de resistencia. La velocidad ultrasónica en un hormigón saturado puede ser

hasta un 5% superior que la obtenida en ese mismo hormigón en estado seco, aunque

hay autores que cifran ese incremento en 2%, aproximadamente.

La norma UNE 83308:1986 Ensayos en Concreto. Determinación de la velocidad

de propagación de los impulsos ultrasónicos indica que el contenido de humedad

del concreto ensayado tiene una ligera influencia sobre la velocidad, que puede llegar

a ser, en hormigones con un elevado contenido de humedad, gasta un 5% mayor que

en hormigones secos.

Los efectos distintos que el contenido de humedad del hormigón produce sobre la

velocidad ultrasónica y sobre su resistencia, revierten en una mayor dificultad para


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establecer correlaciones validas entre ambos parámetros. Estas correlaciones,

pueden no ser aplicables para determinados intervalos de la edad del hormigón, al

variar su contenido en humedad con el tiempo.

En una probeta húmeda se obtuvo un valor superior de la velocidad ultrasónica.

Entonces que el proceso de "secado" del concreto, se obtendrá menor valor de la

velocidad, para un determinado nivel de resistencia.

Por ello, con el fin de corroborar esta teoría, se comparó los resultados en dos

probetas de concreto en estado seco y humedecido durante una hora en una poza de

fraguado.

El Cuadro 1.4 Muestra los valores de la velocidad de la onda de dos probetas en

estado seco y saturado. En ambos casos las mismas probetas saturadas incrementan

la velocidad de la onda con respecto a cuándo se encuentran mojadas. Para el caso

de la probeta 1 el incremento de la velocidad es de 22% y para la probeta 2 el

incremento fue de 7%.

Cu d 1 4 R lt d d l lli 1 "d d Ult 6 . a ro . esu a os e a eoc1 a ras mea en pro e as e concre o secas 1 ume a b t cJ, h" d S.

Velocidad de la Onda Ultrasónica (m/s)

Muestra SECO SATURADO INCREMENTO

Probeta 1 3046 3723 +22%

Probeta 2 3578 3843 7% ..

Fuente: Elaborac10n Prop1a.

Este efecto conduce a la necesidad de que las mediciones de la velocidad de los

ultrasonidos y resistencia a compresión, estén basadas en ensayos realizados sobre

probetas o piezas con contenidos de humedad similares al hormigón de la estructura.

El contenido de humedad del hormigón tiene dos efectos sobre la velocidad

ultrasónica, uno de orden físico y otro químico. Muchas de las diferencias de velocidad

que se obtienen, son debidas a los efectos que las diferentes condiciones de curado

ejercen sobre la hidratación del cemento, mientras que otra parte menor de esas

diferencias, son debidas a la presencia de agua libre en los poros. Ambos efectos han

de ser cuidadosamente considerados cuando se estime la resistencia a compresión.



1.5.1 O Condiciones de curado del concreto


No es fácil establecer un relación lógica entre la velocidad de los ultrasonidos con la

temperatura de curado y, por tanto, con la madurez del concreto. Ensayos realizados

al respecto demuestran que se obtienen correlaciones diferentes para un mismo

hormigón curado en condiciones de laboratorio . y obra, o entre probetas testigo

extraídas de probetas fabricados con dicho concreto, lo que conduce a la necesidad

de obtener correlaciones diferenciadas en cada caso.

1.5.11 Presencia de armaduras

La velocidad de la pulsación ultrasónica que se mide en piezas de concreto armado

en la proximidad de las armaduras, pues generalmente es superior a la que se obtiene

en ese mismo concreto cuando la trayectoria del impulso no está influenciada por el

acero de refuerzo.

El aparente incremento de velocidad que se detecta en estos casos, depende de la

proximidad de los puntos de medida a las armaduras, del diámetro de las mismas y

de su orientación con respecto a la dirección de propagación.

A efectos prácticos, si existe armadura en el elemento estructural que se ensaya con

ultrasonidos, debe replantearse su posición con detección magnética, para evitar, en

la medida de lo posible, que las trayectorias del impulso ultrasónico se produzcan en

sus cercanías.

Este hecho puede ser importante, no solo por las incertidumbres que rodean a las

medidas de velocidad que se obtienen en estos casos, sino porque pueden no ser

representativas del concreto ensayado, al atravesar zonas de compactación

defectuosas, producida por acumulación de armaduras.

Existen dos casos fundamentales a considerar, en relación con la influencia de las

armaduras sobre las medidas de la velocidad ultrasónica.

Armadura paralela a la dirección de la trayectoria

Armadura situada transversalmente a la dirección de la trayectoria

1.5.12 Armadura paralela a la dirección de la trayectoria

Si en la proximidad de la zona donde va a efectuarse el ensayo, existe armadura

colocada paralelamente a la dirección de la trayectoria del impulso ultrasónico, los

valores medidos de la velocidad deberán ser corregidos al objeto de tener en cuenta .



la presencia de dicha armadura. La corrección dependerá de la distancia entre la línea

correspondiente a la trayectoria del impulso y el eje de la barra de acero más próxima,

del diámetro de la barra y de la velocidad ultrasónica del hormigón situado en las

inmediaciones de la armadura, ver Figura 1.1 O.

Ha sido demostrado que el primer componente del impulso ultrasónico en llegar al

transductor receptor viajar parcialmente a través del acero de refuerzo, si la relación

a/L es tal que:

a 1 Vs-Vc L

2 Vs+Vc ....... (1)

En este caso, será:

Ve= ~4*a2 *(t*Vs-L)2 . ... ..... (2)

2*a*Vs

Dónde:

Vs: Velocidad de los ultrasonidos medido cerca de la barra de acero de refuerzo

(km/s)

Ve: Velocidad de los ultrasonidos corregido (km/s)

a: Distancia desde la superficie de la barra al punto más cercano de uno de los

dos transductores (mm)

t: tiempo de tránsito (us)

L: Longitud teórica de trayectoria entre los dos transductores (mm)

L

í ls Li e ¡-----=-~-'-i, ,-

Figura 1. 1 O Armadura paralela a la dirección del impulso ultrasónico

Fuente: Manual de Usuario del Fabricante


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La utilización del factor de corrección en esta forma, requiere una estimación lo más

preciso posible de "Vs".

Si el valor de "a" es muy pequeño, puede comprobarse que el camino más rápido

seguido por la trayectoria del impulso, incluirá el conjunto de la barra de acero. En

este caso, la velocidad ultrasónica Ve en el concreto vendrá dado por la siguiente

expresión:

......... (3)

Siendo "Ls" la longitud de la barra en cuestión y e el recubrimiento de la armadura

(ambos parámetros en mm)

La transición entre las expresiones (2) y (3) puede ser obtenido evaluando la distancia

x existente entre la superficie del hormigón y el punto de la barra en el que se

incorpora a la misma trayectoria seguida por el impulso ultrasónico.

Es notorio comprobar que para cualquier diámetro de la barra, la influencia de la

corrección es menor a medida que la calidad del concreto mejora (mayores Ve).

1.5.13 Armadura transversal a la dirección de la trayectoria

La influencia máxima de la presencia de armaduras, puede ser teóricamente

calculada asumiendo que el frente del impulso ultrasónico atraviesa la totalidad del

diámetro de las barras transversalmente, situadas en la dirección de la trayectoria.

En este sentido John Henry Bungey obtiene comportamientos similares a las

armaduras situadas paralelamente a la trayectoria, pero detecta que la influencia del

acero sobre el parámetro g=VcNs es mucho menor.

Puede comprobarse que, para efectos prácticos, para diámetros iguales o inferiores

a 20mm y velocidades del orden de 4km/s en el concreto, la influencia es muy

pequeña y puede ser obviada.

1.5.14 Rugosidad de la superficie del elemento o pieza

La normativa UNE 83308:1986 Ensayos en Concreto. Determinación de la

velocidad de propagación de los impulsos ultrasónicos, también recomienda que

la superficie de ensayo debe ser lo más lisa posible para facilitar un buen contacto


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entre los transductores y la superficie ensayada, a través del acoplante (acoplantes

típicos: vaselina, jabón líquido o pasta de glicerol). Por ello, se elegirán

preferiblemente zonas que hayan sido encofradas.

Cuando la superficie del hormigón es muy rugosa, se señala en nuestra normativa

que deberá tratar con piedra abrasiva o rellenada con un mínimo espesor de material

adecuado (yeso, mortero de cemento o resina epoxi), hasta conseguir una superficie

plana. Como alternativa, en el caso de tener que trabajar con superficies muy rugosas,

se recomienda que se tomen las medidas del tiempo de transito sobre longitudes de

trayectoria superiores a las normalmente utilizadas.

A tal efecto, son recomendables longitudes mínimas de recorrido para superficies no

encofradas de 150mm en el caso de transmisión directa y de 400mm para transmisión

superficial.

1.5.15 Nivel tensional de la zona o elemento estructural

Está generalmente aceptado que la velocidad del impulso ultrasónico, obtenida en

laboratorio sobre probetas cubicas, no está significativamente afectada hasta niveles

tensionales del orden de 50% de su resistencia a compresión.

Para niveles tensionales superiores, la aparente reducción de velocidad del impulso

está motivada por la formación de micro fisuras internas, que hacen cambiar la

longitud y el ancho de la trayectoria.

En condiciones de servicio, cuando las tensiones del hormigón no exceden

normalmente del 33% de la tensión de agotamiento, la influencia del estado tensional

sobre la velocidad es significativamente y por tanto, la técnica puede ser utilizada con

confianza. Sólo si el elemento estructural que se ensaya, ha estado sometido en su

historia a niveles tensionales que puedan ser considerados bastante elevados,

pueden verse afectados las lecturas obtenidas.

Con niveles de compresión comprendidos entre 50% y el 60% de la carga de rotura,

Delibes obtiene unas pérdidas de velocidad ultrasónica comprendidas entre el 0.54%

y el 1.22%, dependiendo del tipo de árido utilizado en la fabricación del concreto. Por

otra parte, indica el autor que la duración de la carga no afectó al resultado,

obteniéndose una baja en la medida de la velocidad del 0.9%.

Cabe pues deducir, una sensibilidad muy pequeña de los ultrasonidos (cambios

insignificantes de velocidad) para cargas inferiores al 65% de la rotura por



compresión, que es el nivel correspondiente a lo que Delibes define como

"estabilización del daño".

1.6 PERSPECTIVAS SOBRE LA PRUEBA DE ULTRASONIDO

Existe un acuerdo unánime entre los investigadores de que los métodos de prueba

actualmente disponibles para la determinación no destructiva de la resistencia del

concreto requieren más investigación. Cincuenta años de investigación en esta área

podría producir mejorar las formulaciones empíricas obtenidas por ajuste de curvas

elementales para el cálculo de la fuerza. En vista de la complejidad del problema,

parece ser demasiado optimista intentar formular un método de prueba de ultrasonido

para la determinación de la resistencia del concreto. Sin embargo, teniendo en cuenta

la gravedad del problema de la infraestructura y la magnitud de los costes de

rehabilitación, se necesita continuar investigando para mejorar la situación actual. Por

ejemplo, se ha demostrado repetidamente que el método estándar ultrasónico usando

ondas longitudinales (o L) en concreto (ASTM C 597), puede estimar la resistencia

del concreto sólo con una precisión de± 20% en condiciones de laboratorio (Malhotra,

1980; Popovics, 1998). En campo el error potencial es aún mayor. Esto obviamente

no es suficientemente bueno. Sin embargo, los ingenieros se ven obligados a

utilizarlos. Por desgracia, la solución no puede venir de la ciencia porque no existe

una relación teóricamente justificable entre la fuerza y la velocidad del pulso, incluso

para materiales homogéneos y linealmente elásticos, y mucho menos para el

concreto.

Las ondas longitudinales ultrasónicas son una herramienta interesante para la

investigación de concreto. Estas ondas tienen la velocidad más alta por lo que es

simple separarlos de los otros tipos de onda. El equipo es portátil, utilizable en el

campo con lo que se pueden realizar ensayos in situ, es verdaderamente no

destructivo y ha tenido éxito para probar materiales distintos al concreto. Además,

ninguno de los métodos disponibles no destructivos para probar la resistencia del

concreto es mejor. Sin embargo, existen factores intrínsecos y prácticos que pueden

interferir con la determinación de la resistencia del concreto por medios ultrasónicos.

Por lo tanto, el análisis de cuatro de estos factores que interfieren es apropiado con

la previsión de que esto mejora la investigación futura sobre la determinación

ultrasónica de la resistencia del concreto. Estos factores son:



~ La complejidad de la estructura interna de concreto

~ Los factores que afectan la resistencia del concreto pueden afectar a la

velocidad del pulso de diferente manera, especialmente la fuerza de un

concreto estructural típico es controlada por la resistencia de la pasta de

cemento, mientras que la velocidad del pulso es controlada por las

propiedades del agregado.

~ La insensibilidad de la velocidad de onda a pequeños pero importantes

cambios en la estructura interna del concreto

~ La falta de una relación teóricamente justificable entre fuerza y velocidad

de la onda

El análisis de estos factores constituye la primera mitad de este artículo. La segunda

parte es la demostración de que las propuestas de dos enfoques, el uso de fórmulas

multi-variables desarrollados por modelos matemáticos y el uso de ondas de

superficie para el cálculo de la resistencia del concreto reducen estas dificultades.

El concreto es una mezcla de cuatro materiales: cemento Portland, agregado, agua y

aire. También puede contener aditivos u otros materiales, pero podemos hacer caso

omiso de estos. Las partículas de agregado en un concreto endurecido se mantienen

unidas por la pasta porosa de cemento endurecido donde los poros están llenos de

aire, agua o ambos. Se puede modelar el concreto como material compuesto, pero

este modelo es todavía una simplificación. Lo que hace que la estructura interna del

concreto sea tan complejo son:

~ La pasta de cemento endurecida en sí es un material altamente complejo

~ El agregado mineral es también un material poroso compuesto que difiere 1

mucho de la pasta de cemento endurecido

~ La interfaz entre la pasta y la? partículas de agregado tiene propiedades

especiales

Por lo tanto, el concreto puede ser adecuadamente considerado como un compuesto

de materiales compuestos, heterogénea, tanto a nivel microscópico y macroscópico.

La naturaleza multi-fase del concreto justifica aún más el uso de modelos

multivariables para una mejor estimación de la resistencia.



El concreto es una estructura compleja.


Es frágil en algunos aspectos y dúctiles en otros, es elástico en algunos aspectos,

inelástica en los otros y la elasticidad no es lineal

Tiene algunas de las propiedades de un líquido (fluidez, por ejemplo), y algunas de

las propiedades de un sólido (resistencia al cizallamiento, por ejemplo)

Se reduce en un grado significativo durante el secado

Está lleno de poros y grietas pequeñas que pueden llenarse con agua, aire o ambos

Tiene propiedades (resistencia, por ejemplo) que cambian con el tiempo

Tiene propiedades que pueden verse afectados en gran medida por las condiciones

ambientales.

Esta complejidad hace que el comportamiento de las ondas ultrasónicas en el

concreto sea altamente irregular, lo que, a su vez, dificulta esta prueba no destructiva.

Algunos de los obstáculos son:

El hecho de que la atenuación de las ondas ultrasónicas en concreto es alta, más alta

que en la mayoría de sólidos, principalmente por la heterogeneidad del material. Los

coeficientes de atenuación de -0,7 dB 1 mm (-17,8 dB 1 in.) a 200kHz y -2,7 dB 1 mm

(-68,6 dB 1 in.) a 800kHz se han estimado en el concreto (Carleton y Muratore, 1986).

Por lo tanto, es difícil, en muchos casos incluso imposibles, producir la penetración

de la onda satisfactoriamente.

Los presentes métodos para prueba ultrasónica de concreto requiere el contacto

directo entre la superficie de concreto y los transductores. Dado que el contacto no

siempre es perfecto, el aire atrapado en el medio puede causar errores en las

mediciones de variables.

Los problemas con las pruebas de concreto con ultrasonido son aún más graves

cuando no hay acceso a los dos lados opuestos del concreto para la prueba.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO El EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila 49


CAPÍTULO 11. NORMATIVAS DEL MÉTODO

CAPITULO 11. NORMATIVAS DEL MÉTODO

El método de la velocidad de pulsos ultrasónico ha sido utilizado con éxito para

evaluar la calidad del hormigón por más de 60 años. Este método puede ser utilizado

para la detección de agrietamiento, fisuras y otros defectos, cambios en el tiempo del

hormigón así también del deterioro debido al ambiente químico agresivo, congelación

y descongelación.

Al utilizar el método de la velocidad de pulso es posible estimar la fuerza de

especímenes de prueba y por ende del elemento de concreto estructural de interés.

El método de la velocidad de pulso es un método verdaderamente no destructivo, ya

que la técnica utiliza ondas mecánicas que no ocasionan ningún daño al elemento de

hormigón. Un testigo o elemento de interés se puede ensayar una y otra vez, que es

útil para el seguimiento y monitoreo del hormigón que puede estar sometido a

cambios estructurales internos durante un largo período de tiempo.

Existen normativas internacionales referentes a la aplicación de este método, como

ASTM C-597 "Método de prueba estándar para determinar la velocidad del pulso a

través del concreto" y B.S. 1881: Parte 203, 1986.

2.1. NORMA ASTM C597 "MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR PARA

DETERMINAR LA VELOCIDAD DEL PULSO A TRAVÉS DEL CONCRETO"

Varios países han desarrollado procedimientos estandarizados para medir la

velocidad del pulso. En los Estados Unidos, el Comité ASTM C09 inició el desarrollo

de un estándar para la velocidad de los pulsos ultrasónicos a finales de 1960. Una

norma provisional se emitió en 1968 y el método de prueba estándar se publicó en

1971 y hasta la fecha no hay cambios significativos en la norma desde entonces.

La norma ASTM C 597-02 Método de prueba estándar para determinar la

velocidad del pulso a través del concreto, indica lo siguiente:

La velocidad de pulso, V, de ondas de tensión longitudinal en una masa de hormigón

está relacionada con sus propiedades elásticas y densidad de acuerdo con la

siguiente relación:


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO 11. NORMATIVAS DEL MÉTODO

r------v .. ¡1 13(1- ¡.t)

\l p{l + ¡.t)(l- 2~l)

B = dynamic modulus ()f elasticity !l = dynamic Poissnn•s ratio p ~ density

Este método de ensayo cubre la aplicación de la velocidad de propagación de las

ondas de impulsos de tensión longitudinal o compresionales a través del concreto.

Este método no es aplicable a la propagación de otros tipos de ondas a través del

concreto.

ASTM C-597, no aborda los problemas de seguridad y salud, si hubieran, es la

responsabilidad del usuario de este método para establecer prácticas de seguridad y

de salud apropiados y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentaria

antes de su uso. Se recomienda utilizar la normativa nacional referente a Seguridad

y Salud en el trabajo en los casos donde el peligro es inminente y utilizar los sistemas

de protección adecuados.

ASTM C-597, hace referencia a otras normas de soporte, las mismas que deberán

conocer quienes hagan uso del método con la finalidad de dotar al operador de los

conocimientos mínimos para desarrollar este tipo de pruebas.

Estas Normas ASTM son:

C125 Terminología relacionada al concreto y sus agregados.

C215 Método de prueba para utilizar frecuencias de resonancia transversal,

fundamental y longitudinal, en probetas de concreto.

C823Práctica para muestro y toma de muestras de concreto endurecido en

las construcciones.

E1316 Terminología para los ensayos no destructivos.

De acuerdo a la norma ASTM C-597 los pulsos de ondas de tensión longitudinales

son generados por un transductor electro-acústico que se mantiene en contacto con

una superficie del hormigón bajo prueba. Después de viajar a través del hormigón, los



pulsos se reciben y convierten en energía eléctrica por un segundo transductor

situado a una distancia L de transductor transmisor. El tiempo de tránsito T se mide

electrónicamente. La velocidad de pulso V se calcula dividiendo L por T.

2.1.1. Importancia y Uso

La norma menciona que método de Ultrasonido es aplicable para evaluar la

uniformidad y la calidad relativa del concreto, para indicar la presencia de huecos y

grietas, y para evaluar la efectividad de las reparaciones hechas a las grietas o fisuras.

También es aplicable para indicar los cambios en las propiedades del hormigón, en

la inspección de estructuras, para estimar la severidad del deterioro o grietas.

También recomienda que cuando se utiliza para monitorear cambios en el estado a

través del tiempo, los lugares de prueba deben ser marcados en la estructura para

garantizar que las pruebas se repitan en las mismas posiciones.

2.1.2. Recomendaciones de ASTM C-597

El grado de saturación del hormigón afecta la velocidad, y este factor debe tenerse

en cuenta cuando se vayan analizar estructuras en contacto con agua.

Es interesante revisar los resultados del Cuadro 1.4. donde se pueden ver los

resultados obtenidos en dos (02) probetas ensayadas estando secas y húmedas

(puestas en una poza de agua durante una hora). Se comprueba lo recomendado por

esta norma, que la velocidad de la onda es sensible a la humedad del concreto.

Cuando se encuentra saturado de agua la velocidad de la onda aumentó, esto es

porque los intersticios del cuerpo de concreto se llenan de agua, disminuyendo la

cantidad de vacíos (las ondas por ser mecánicas no pueden viajar por el vacío) por lo

que "mejora" las condiciones de la trayectoria de la onda.

La velocidad de pulso es independiente de las dimensiones del objeto de prueba, las

ondas que se reflejan cerca de los límites complican la determinación de la hora de

llegada del pulso transmitido.

La dimensión mínima del objeto de prueba deberá superar la longitud de onda de

los pulsos ultrasónicos, la misma que se determina al dividir la Velocidad de la onda

por la frecuencia de las vibraciones. Por ejemplo, para una frecuencia de 54kHz y una

velocidad de pulso de 3500 m 1 s, la longitud de onda es 3500/54000 = 0.065m. Por

ello la longitud mínima de la muestra deberá ser mayor a 0.065m.



La exactitud de la medición depende de la habilidad del operador para determinar con

precisión la distancia entre los transductores y de la selección de los equipos para

medir con precisión el tiempo de tránsito del pulso. La intensidad de la señal recibida

y el tiempo de tránsito medido se ven afectados por el acoplamiento entre los

transductores a las superficies de hormigón. Se requiere para ello utilizar suficiente

acoplante en los transductores, que deberá presionarse sobre la superficie del

elemento a ensayar para garantizar tiempos de tránsito estables. La fuerza de la señal

recibida también se ve afectada por la longitud de los viajes y por la presencia y el

grado de agrietamiento o deterioro en el hormigón ensayado.

El uso de un adecuado acoplante puede ser verificado mediante la visualización de

la forma y la magnitud de la onda recibida. La forma de onda deberá ser sinusoidal

decadente. La forma puede ser vista por medio de un osciloscopio o pantalla digital,

el equipo utilizado V-Meter MK IV, tiene incorporado una pantalla digital para estos

fines.

Los resultados obtenidos por el uso de este método de ensayo no deberán ser

considerados como un medio de medición de la fuerza ni como prueba para

determinar el cumplimiento del módulo de elasticidad del concreto. El uso de la

resonancia longitudinal del método de ensayo ASTM C215 "Método de prueba para

utilizar frecuencias de resonancia transversal, fundamental y longitudinal, en probetas

de concreto". Esta norma hace recomendaciones para la determinación del módulo

dinámico de elasticidad de las muestras de concreto obtenidas de campo, con esto la

razón de Poisson no tiene que ser conocido. El equipo V-Meter MK IV solo permite

determinar los módulos de elasticidad y la relación de Young, en ambos casos del

modo estático.

Cuando las condiciones lo permitan, se puede alcanzar una relación velocidad

~esistencia del concreto, esta puede ser establecida por la determinación de la

velocidad de pulso y resistencia a la compresión (o módulo de elasticidad) en un

número de muestras de concreto. Esta relación puede servir como base para la

estimación de la fuerza por otras pruebas de velocidad de pulso en el concreto. Para

ello se puede consultar ACI 228.1 R para obtener orientación sobre los procedimientos

para el desarrollo y el uso de tal relación.


53


El procedimiento de ultrasonido es aplicable tanto en campo y laboratorio, teniendo

en cuenta las condiciones de Seguridad y Salud, las dimensiones mínimas del

elemento de concreto, la presencia de acero de refuerzo y el uso de acoplante.

Actualmente están disponible equipos de prueba (para determinar la uniformidad del

concreto, detección de fisuras y/o cangrejeras y para monitorear el comportamiento

de la velocidad de la onda en las estructuras a lo largo del tiempo) para elementos de

concreto con dimensiones que van desde aproximadamente 50 mm como mínimo a

un máximo de 15m y, esto dependerá, en parte, de la frecuencia y la intensidad de la

señal generada. La longitud de la trayectoria depende en parte de las condiciones de

la superficie y en parte de las características del hormigón en investigación. Un

preamplificador en el transductor de recepción puede ser utilizado para aumentar la

longitud del camino máximo que puede ser muestreado. Para el camino con

longitudes más cortas donde la pérdida de señal es el factor de gobierno, es

recomendable que se utilice frecuencias de resonancia de 50 kHz o superior para

obtener mediciones de tiempo de tránsito más preciso y, por tanto, una mayor

sensibilidad al determinar la velocidad de los pulsos.

En vista que la velocidad del pulso en acero es hasta el doble que en el concreto, la

velocidad de pulso medido en las cercanías del acero de refuerzo será mayor que en

concreto simple de misma composición. Siempre que sea posible, evitar mediciones

cerca de acero.

2.1.3. Aparato

La norma realiza una descripción con las características mínimas del equipo a utilizar

en los ensayos con ultrasonido:

El aparato de prueba, que se muestra esquemáticamente en la

, constará de los siguientes componentes: un generador de los impulsos ultrasónicos,

un par de transductores (transmisor y receptor), un amplificador, un circuito de

medición de tiempo, una unidad de visualización de la hora, y cables de conexión.


54


Figura 2. 1 Esquema del aparato para ensayar con Pulso Ultrasónico. Fuente: ASTM C 597.

a. Transductor y generador de impulsos:

El generador de impulsos se compondrá de los circuitos para generar impulsos a una

frecuencia ultrasónica. El transductor transformará estos impulsos electrónicos en

ráfagas de onda de energía mecánica, trabajará a una frecuencia resonante en el

rango de 20 a 1 00 kHz. El generador de impulsos deberá producir pulsos repetitivos

a una tasa de al menos 3 pulsos por segundo. El intervalo de tiempo entre los pulsos

excederá el tiempo de apertura del transductor transmisor. El transductor se construye

de elementos piezoeléctricos, magnéticos, u otro material sensible al voltaje, y

adecuados para la protección humana. Un pulso de ondas debe ser generado para

iniciar el control del tiempo en los circuitos electrónicos del equipo.

El voltaje de los impulsos afecta la potencia de salida desde el transductor y la máxima

penetración de las ondas de tensión longitudinales. Por esto se podria utilizar pulsos

de voltaje de 500 a 1 000 V han sido utilizados con éxito.

Transductores con frecuencias de resonancia más altos se han utilizado con éxito en

relativamente pequeñas muestras de laboratorio.

b. Transductor receptor y amplificador:


UNIVERSIDAD NACIONAL DE JNGENIERIA Facultad de Jngenieria Civil CAPITULO 11. NORMATIVAS DEL MÉTODO

El transductor receptor con similares características que el transductor transmisor:

misma frecuencia. El voltaje generado por el receptor se amplifica lo necesario para

producir pulsos para el circuito de medición del tiempo.

c. Circuito para medir el tiempo:

El circuito de medida del tiempo de los pulsos deberá ser capaz de proporcionar una

resolución global de al menos 1 JJS. La medición del tiempo deberá iniciar con los

pulsos generados por el transductor emisor, el circuito para medir el tiempo deberá

funcionar a la misma frecuencia del generador de impulsos. El circuito de medición

de tiempo proporcionará como dato de salida el instante cuando se detecta el pulso

recibido, esta salida se utiliza para determinar el tiempo de tránsito que se debe

mostrar en la pantalla.

El circuito de medida del tiempo no deberá ser sensible a la temperatura en el rango

de O a 40 o C y los cambios de voltaje en la fuente de energía del 15%.

d. Unidad de visualización:

Una pantalla indicará el tiempo de tránsito del pulso con una aproximación de O, 1 JJS.

e. Barra de calibración:

Para las unidades que se calibran a tiempo cero de modo manual, el equipo deberá

proporcionar una barra de metal o de otro material resistente para que el tiempo de

tránsito de las ondas longitudinales se calibre. El tiempo de tránsito deberá estar

permanentemente marcado en la barra de referencia. La barra de calibración es

opcional para las unidades que realizan el ajuste automático en tiempo cero. Para

nuestro caso, del equipo V-meter MK iv, se calibra poniendo en contacto los dos (02)

transductores.

f. Conexión de los cables:

Cuando se realice la medición de impulsos de velocidad en grandes estructuras, con

longitudes de la trayectoria de onda mayor a Sm, se requiere el uso de cables

adaptados para estos fines, con baja capacitancia, reforzados y del tipo coaxiales.

g. Agente de Acoplamiento:



Cualquier material viscoso (tales como aceite; vaselina, agua soluble, goma

moldeable, o grasa) que se utilizará para asegurar la transferencia eficiente de la

energía entre el hormigón y los transductores. La función del agente de acoplamiento

es el de eliminar el aire entre las superficies de contacto. El agua es un agente de

acoplamiento aceptable cuando está en la superficie, o para las pruebas bajo el agua.

2.1.4. Procedimiento

La norma también hace recomendaciones sobre el procedimiento a seguir en el

desarrollo de este método.

Calibración y check del funcionamiento del equipo:

Verifique que el equipo está funcionando correctamente y realizar la calibración y

puesta a tiempo de los componentes del equipo.

a. Para unidades con ajuste automático de calibración:

Aplicar el agente de acoplamiento en las caras del transductor y presiónelos sobre la

superficie del elemento a ensayar. El instrumento utilizará un micro-procesador para

registrar el tiempo de viaje de la onda.

b. Para equipos con calibración manual:

Aplicar el agente de acoplamiento en los extremos de la barra de calibración y

presione los transductores con firmeza contra los extremos de la barra donde se

aplicó el acoplante, hasta que se visualice un tiempo de tránsito estable, en el caso

del equipo V-Meter MK IV, indicará en la pantalla cuando haya finalizado la

calibración.

El usuario del equipo, deberá comprobar la calibración a cero del equipo a cada hora,

durante todo el tiempo de funcionamiento del instrumento, y cada vez que un

transductor o cable de conexión se cambia. Si la calibración no se puede lograr, no

utilice el instrumento hasta que haya ha sido reparado.

Determinación del tiempo de tránsito

1. Para el estudio de una construcción existente, seleccionar los lugares de ensayo

de acuerdo con la Norma C823 "Práctica para muestro y toma de muestras de

concreto endurecido en las construcciones" o seguir los requisitos del solicitante

de. la prueba, lo que sea aplicable.


57


2. Para obtener buenos resultados, busque que los transductores estén

directamente uno frente al otro. Debido a que el ancho del haz de los pulsos

de vibración emitidas por los transductores es grande, sin embargo, también

es permitido medir los tiempos de tránsito a través de esquinas de una

estructura, pero con cierta pérdida de sensibilidad y precisión. Las mediciones

a lo largo de la misma superficie no se utilizarán a menos que sólo exista una

cara de la estructura accesible y que tales medidas son solamente indicativas

de las capas superficiales, y las velocidades de pulso calculadas no estarán

de acuerdo con los obtenidos por medio de la transmisión directa.

Una de las fuentes de incertidumbre en las pruebas de superficie o transmisión

indirecta, es la longitud de las trayectorias reales de los pulsos. Por lo tanto, las

lecturas individuales son de poco valor. Pruebas de superficie, sin embargo, se han

utilizado para estimar la profundidad de una capa superficial de baja calidad al hacer

múltiples mediciones de tiempo de tránsito con diferentes distancias entre los

transductores. Con una gráfica del tiempo de viaje versus la distancia entre los

transductor, puede ser posible estimar la profundidad del concreto de calidad inferior.

3. Aplicar el agente de acoplamiento apropiado (tal como aceite, vaselina, grasa,

goma moldeable, u otros materiales viscosos) a la superficie de los

transductores o la superficie de ensayo, o ambos. Presionar las caras de los

transductores firmemente contra las superficies del concreto hasta que se

visualice un tiempo de tránsito estable, y en ese momento medir el tiempo de

tránsito. Determine la distancia en línea recta entre los centros de las caras

del transductor.

La calidad del acoplante es crítico e importante para alcanzar la mayor exactitud y

obtener provecho del método. Insuficiente acoplante resultará en medidas de tiempo

inestables e inexactas, y reducirá considerablemente el alcance efectivo del

instrumento. Mediciones repetidas se deben hacer en el mismo lugar para minimizar

lecturas erróneas debido al mal acoplamiento entre transductores y superficies

ensayadas del elemento estructural.



2.1.5. Cálculo Calcular la velocidad del pulso de la siguiente manera: V = L 1 T

Dónde:

V = velocidad del pulso, m 1 s

L = distancia entre centros de transductor, m

T =tiempo de tránsito, s

El equipo V-Meter MK IV, tiene un algoritmo que le permite calcular y registrar la

velocidad de los pulsos ultrasónicos de acuerdo a la norma ASTM C-597.

2.1.6. Informe La norma americana recomienda que al menos la siguiente información deberá

reportarse:

• Ubicación de la prueba o la identificación de la muestra

• Ubicación de transductores.

• Distancia entre centros de las caras de los transductores, medido con una

precisión de al menos 0,5% de la distancia.

• El tiempo de tránsito, medido con una resolución de al menos O, 1 IJS.

• La velocidad del pulso al10 m 1 s más· cercanos.

2.1.7. Precisión y Tendencia:

Pruebas con tres instrumentos y cinco operadores han indicado que para longitudes

de trayecto de 0,3 a 6 m a través del hormigón, cualquier operador usando el mismo

instrumento o un operador utilizando diferentes instrumentos logrará la repetitividad

de los resultados de las pruebas dentro del 2%. Para longitudes largas, a través del

hormigón, la atenuación de la señal disminuirá la repetitividad de la medición del

tiempo de tránsito, pero el tiempo de tránsito más largo, producto de las condiciones

dará lugar a un cálculo de la velocidad que tiene el mismo orden de precisión.

En el caso de las pruebas a través de hormigón agrietado o deteriorado, la variación

de los resultados se incrementa sustancialmente. La atenuación se ve afectada por

la naturaleza del deterioro y la frecuencia de resonancia de los transductores. Las

diferencias entre los operadores o instrumentos pueden resultar en diferencias en los

resultados de pruebas tan grandes como 20%. En tales casos, sin embargo,

velocidades lo suficientemente bajo indicarán claramente la presencia de zonas

dañadas en el hormigón ensayado.



2.1.8. Incertidumbre: La norma americana menciona que el nivel de incertidumbre de este método de

ensayo no ha sido determinado.

2.2. NORMAS NTP 339.237:2012

La NTP 339.237:2012 denominado "MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA

VELOCIDAD DE PULSO A TRAVÉS DEL CONCRETO".

Tal como lo indica la norma peruana en el acápite A.3, esta fue tomada en su

totalidad de la norma ASTM C597.

La norma ASTM C597, fue descrito en su totalidad en el acápite anterior, por ello

continuaremos en el estudio de la norma BS EN 1250-4:2004.

2.3. BS EN 12504-4:2004

)>- British Standard BS EN 12504-4 (2004). Ensayos en concreto.

Determinación del pulso ultrasónica.

» BS 1881, Parte 203, "Recomendaciones para la medición de la velocidad

de los impulsos ultrasónicos en concreto", BSI (British Standards

lnstitution), Londres, 1986.

Esta norma Europea brinda indicaciones a tener en cuenta para realizar el ensayo en

concreto fresco y endurecido y sobre estructuras.

Al igual que la norma americana, solo se refiere a las ondas longitudinales o de

compresión.

Brinda los alcances de los principales factores a tener en cuenta el momento de

realizar la medición de la velocidad de las ondas ultrasónicas.

La técnica del ultrasonido de acuerdo a la norma británica podría aplicarse en el

estudio de la uniformidad del concreto, presencia de fallas y fisuras, cambio de

propiedades con el tiempo y la determinación dinámica de las propiedades físicas del

material.



Siempre que se pueda la norma sugiere que podrían realizarse estudios en concreto

reforzado y pretensado.

Esta norma al igual que la norma americana describe las características mínimas del

equipo a utilizar para estos fines.

Plantea el uso de métodos de correlación para variables estudiadas, las mismas que

serán comparadas con la velocidad de la onda.

Recomienda que las pruebas deberán realizarse en condiciones favorables,

eliminando durante la realización de las pruebas toda fuente externa de distorsión de

la onda y recomienda el uso de acoplante y de una barra de calibración para poner a

cero los transductores.

Esta norma propone que la variación de la temperatura en el concreto en el rango de

5 y 30°C, no modifica los resultados aplicando el método de ultrasonido, sin embargo,

para valores fuera de este rango, esta norma, propone los valores del Cuadro 1.3

Correcciones en la velocidad de onda, por efecto de temperaturas extremas en el

concreto. Para corregir la velocidad de los pulsos ultrasónicos, que podrían estar

distorsionados por efecto de la temperatura.

El cambio en la velocidad del impulso ultrasónico, debido a la presencia de barras de

refuerzo en la dirección de propagación del pulso fue investigado por un gran número

de investigadores. Si la posición de acero es conocido o puede ser localizado por un

detector de acero, correcciones según lo dado por Chung o como se muestra en la

BS 1881: Parte 203: 1986, se puede aplicar. Sin embargo, los patrones complicados

de acero en la dirección del impulso ultrasónico deben ser evitados.

Un pulso de vibraciones longitudinales es producido por un transductor electro

acústico, el que se mantiene en contacto con una superficie del hormigón bajo prueba.

Después de atravesar una longitud, conocida, de recorrido en el concreto, el pulso de

vibraciones se convierte en una señal eléctrica por un segundo transductor y algunos

circuitos de sincronización electrónicos deberán determinar el tiempo de tránsito del

pulso a medir.


61

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de· Ingeniería Civil CAPITULO 111. CARACTERIZACION DEL EQUIPO

DE UlTRASONIDO V-Meter Mark IV

CAPÍTULO 111. CARACTERIZACION DEL EQUIPO DE ULTRASONIDO VMeter Mark IV

El equipo consta esencialmente de un generador de impulsos eléctricos, un par

de transductores, un amplificador y un dispositivo electrónico para medir el

intervalo de tiempo entre la generación del pulso en el transductor emisor y su

llegada al transductor receptor.

El equipo tiene las siguientes características. Es capaz de medir el tiempo de

tránsito con una precisión de ± 1 %. Generalmente los transductores utilizados

deben estar en el intervalo de 20 a 150 kHz aunque se podrían utilizar frecuencias

tan bajas como 1 O kHz que pueden ser aplicadas para longitudes largas y tan altas

como 1 M Hz para morteros y/o lechadas o para longitudes de trayecto corto, para

el caso del equipo V-Meter MK IV, corresponden, transductores de 54kHz, esta

frecuencia es la más recomendada en aplicaciones e concreto. Es posible adquirir

transductores que operan a frecuencias mayores o menores.

Impulsos de alta frecuencia tienen un comienzo bien definido, pero, a medida que

pasan a través del concreto, se atenuarán más rápidamente que los pulsos de

baja frecuencia. Por tanto, es preferible utilizar transductores de alta frecuencia

para longitudes de trayecto corto y transductores de baja frecuencia para largas

longitudes de trayectoria. Transductores con una frecuencia de 50kHz a 60kHz

son adecuadas para las aplicaciones más comunes.

3.1 COMPONENTES Y ACCESORIOS Cada V-C-400 V-Meter Mark IV viene con los siguientes componentes y

accesorios incluidos en el estuche, de acuerdo a la Figura 3.1.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE UlTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO El EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila 62

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO 111. CARACTERIZACION DEL EQUIPO

DE ULTRASONIDO V-Meter Mark IV

Figura 3. 1 Equipo V- Meter MK IV y accesorios.

Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

1. CD - software: CD que contiene el programa que permite subir la

información a la PC.

2. V-Meter: Equipo probador de velocidad de pulso ultrasónico. Está dentro

de una caja protectora duradera.

3. AC 1 cable de Alimentación/Poder: Es un cable eléctrico que sirve para

conectar la V-Meter a la red de suministro eléctrico a través de

un enchufe o conectándose a un alargador eléctrico. Se caracteriza porque

forma una conexión temporal, fácil de desconectar y volver a reconectar

en cualquier otro punto.

4. Dos transductores (54kHz): Elementos piezoeléctricos de cerámica

robusta de plomo zirconato titanato montados en cajas de acero inoxidable

diseñados para proporcionar una transmisión acústica altamente eficiente.

5. Tubo de Gel Acoplante: Se utiliza en materiales de concreto o de otro tipo

que tengan superficies lisas, el uso de este gel pastoso permite asegurar

el acoplamiento acústico adecuado. El equipo vino con dos tubos de gel,

cuando se terminaron fueron sustituidos por pasta dental.

6. Adaptador coaxial a cable adaptador: este adaptador conecta al botón

del receptor con el cable coaxial del transductor.




7. Certificado de Calibración: certificado que garantiza que el instrumento

ha sido calibrado antes de salir de fábrica, el equipo ultrasónico deberá

cumplir o exceder las especificaciones publicadas.

8. Dos Cables Coaxiales de transductores: Se utiliza para conectar los

transductores estándar con la V-Meter.

9. Correa de Soporte: Se utiliza para fijar la V-Meter al operador durante la

prueba. Es muy útil para el trabajo en altura.

1 O. Cable Rec Connector: Se utiliza para conectar el transductor con el botón

interruptor a la V-Meter.

11. Case: Se utiliza para guardar a la V-Meter y accesorios. Permite

transportar el equipo con mayor facilidad.

12. Cable USB: Se utiliza para conectar el V-Meter a una PC, previo a ello

deberá instalarse el software incluido en el CD. Deberá tenerse mucho

cuidado con la selección del Puerto COM, es importante que el número de

Puerto COM que se elija coincida con el que se generó en el sistema

operativo de la computadora al instalarse.

3.2 EQUIPO DE ENSAYO

El instrumento V-meter MK IV, consta de un medio de generación e introducción

de los impulsos de onda dentro del hormigón (generador de impulsos y transmisor)

y Lin medio de detección de la llegada del pulso (receptor) y un circuito para medir

con precisión el tiempo que tarda el pulso de viajar a través del hormigón, desde

que se envía hasta el instante en que es reconocido por el transductor receptor.

El equipo también puede estar conectado a un osciloscopio, u otro dispositivo de

. visualización, para observar la naturaleza del impulso recibido.

Equipos de ensayo ultrasónicas portátiles están disponibles en todo el mundo. El

equipo es portátil, fácil de operar, y puede incluir una batería recargable y la unidad

de carga. Por lo general, los tiempos de frecuencia de hasta 6500 IJS se pueden

medir con una resolución de 0.1 us. El instrumento viene con un conjunto de dos

transductores, uno para transmitir y otro para recibir el impulso ultrasónico.

Transductores con frecuencias de 25 a 1 00 kHz se utilizan usualmente para

pruebas de concreto. Están disponibles los conjuntos de transductores con

diferentes frecuencias de resonancia para aplicaciones especiales: transductores

de alta frecuencia (por encima de 1 00 kHz) se utilizan para muestras de pequeño

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO El EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del AguiJa 64

UNNERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO 111. CARACTERIZACION DEL EQUIPO


tamaño, trayectoria relativamente corta, o concreto de alta resistencia, mientras

que los transductores de baja frecuencia (por debajo de 25 kHz) se utilizan para

los especímenes más grandes y longitudes de trayectoria relativamente más

largas, o de hormigón con agregados de mayor tamaño. Estos transductores

generan principalmente las ondas de compresión a una frecuencia, predominante

con la mayor parte de la energía de onda dirigida a lo largo del eje normal a la

cara del transductor.

3.3 TRANSDUCTORES

Dispositivo que convierte los estímulos mecánicos en producción eléctrica, la

denominación ha sido ampliado a todas las formas de estímulos como el calor,

radiación, sonido, vibración, presión, aceleración, etc. y que puede producir una

señal de salida diferente al eléctrico como neumático o hidráulico. Muchos

dispositivos de medición y detección, como el fonógrafo, termopares, micrófonos

y altavoces, puede definirse como transductores.

Los transductores del equipo V-Meter Mark iv son elementos piezoeléctricos de

cerámica revestidos con zirconato de titanio montados en cajas de acero

inoxidable diseñados para proporcionar una transmisión acústica altamente

eficiente. El V-Meter MK - iv dispone de 2 transductores (uno emisor y otro

receptor) los mismos que operan a una frecuencia de 54kHz, según

especificaciones, sin embargo tal como se menciona líneas arriba existen

transductores que operan a otras frecuencias de acuerdo a la necesidad de

evaluador y/o operador y de las características del material en mención.

La estructura del transductor es lo suficientemente robusto para soportar

condiciones bastante duras, como puede verse en un entorno industrial.

La excitación a un alto voltaje del generador del pulso provoca que el transductor

oscile mecánicamente en su propia frecuencia natural. Esta frecuencia varía

según el tamaño y la rigidez del transductor. Los diferentes tamaños de los

elementos piezoeléctricos y combinaciones de ellos permiten distintas frecuencias

de los pulsos a obtenerse.

Cada transductor está equipado con un cable conector independiente, el equipo

viene de fábrica con un cable de 5m de longitud, sin embargo, pueden adquirir al

fabricante cables de diferentes longitudes. Cables más largos pueden utilizarse

cuando exista restricción de acceso a las áreas de prueba o ensayo. Estos cables

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTNO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila 65



más largos pueden reducir el tamaño de la señal de recepción y el pulso

transmitido, sin embargo, éstos suelen ser de suficiente magnitud para la prueba;

incluso cuando los cables son de hasta 20 metros se han utilizado con éxito con

el preamplificador.

3.3.1 Clasificación de los transductores

El usuario debe ser consciente que la inapropiada selección del transductor para

una aplicación puede conducir a resultados erróneos. Si un transductor de bajas

frecuencias (24kHz por ejemplo) se utiliza cuando el agregado del concreto es un

fino, el equipo V-Meter podría afirmar equivocadamente que no hay problemas

con el elemento ensayado. Del mismo modo, si un transductor de frecuencia alta

(150 o 500kHz) se utiliza cuando el agregado es demasiado grande, el V-Meter

puede afirmar que hay problemas en el elemento encontrado cuando puede que

no exista.

A continuación se muestra una lista de los tipos de transductores existentes:

1. Por la Frecuencia

• 24kHz:

Utilizado para concreto con agregados grandes. Alcance de hasta 4.8 metros, no

es necesario el preamplificador.

• 54kHz:

Transductores más utilizados. Se utiliza para los agregados de diámetro de %

pulgadas. El rango es de hasta 4.8metros sin preamplificador. Con preamplificador

se alcanza mayores distancias.

El equipo V- Meter MK IV, viene con 2 transductores de 54kHz.

• 150kHz:

Se utiliza para agregados del tamaño de la arena (mortero). El rango es de hasta

1 pie y sin pre-amplificador.

• 500Khz:

Se utiliza en materiales con pequeños partículas (por ejemplo: cerámica y vidrio).

Alcance de hasta 1 pie sin preamplificador.




2. Por la función

• Emisor

El transductor emisor, se encarga de generar la onda a través del efecto piezo

eléctrico. Es necesario determinar la frecuencia de operación de todo el equipo a

fin de tener la misma en todos los componentes.

• Receptor

Este transductor se encarga de reconocer el momento cuando llega la onda

ultrasónica y de transmitir esta información a los circuitos electrónicos para el

posterior cómputo del tiempo de viaje. Además permite conocer la cantidad y

niveles de energía con los que llegan los impulsos generados.

3. Para aplicaciones especiales

• Transductor para Ondas S de cizalla:

Se utiliza para el diagnóstico de condiciones homogéneas de una superficie. El

espacio entre los transductores deberá ser mínimo de 1 pie cuando se dispongan

frente a frente. Preamplificador no es necesario.

• Transductor Exponencial:

Se utiliza para el análisis de muestras con superficies no planas a ambos lados.

El rango es de 1 pie con preamplificador.

• Transductor para trabajos bajo el agua:

Se utiliza para elementos de concreto con agregados del tamaño de una pelota

de softbol y que se encuentren sumergidas bajo el agua. El rango es de 4.8m sin

preamplificador.

3.3.2 Posición de los transductores

Es posible, realizar mediciones de la velocidad de la onda mediante la colocación

de los dos transductores, en las siguientes posiciones:

~ Transductores en lados opuestos (transmisión directa)

~ Transductores en lados adyacentes (transmisión semi-directa)

~ Transductores en el mismo lado (transmisión indirecta o de superficie)

En la




se muestra la posición de los transductores cuando se realizan las pruebas de

ultrasonido.

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Transmisión Transmisión Semi-directa

Directa Transmisión Indirecta

Figura 3.2 Posición de los Transductores: directa, semi directa e indirecta. Fuente: Elaboración Propia.

• Transmisión directa

Donde sea posible la disposición de transmisión directa debe ser usada ya que la

transferencia de energía entre los transductores es máxima y con lo cual la

exactitud para determinar la velocidad de la onda se regirá principalmente por la

exactitud de la medición de la longitud camino (distancia entre las dos caras). El

gel de acoplamiento utilizado debe untarse lo más homogéneo posible para evitar

efectos finales resultantes de las diferentes velocidades entre acoplante y

concreto.

• Transmisión semi-directa

La disposición de transmisión semi-directa tiene una sensibilidad intermedia

entre las de los otros dos disposiciones y, aunque puede haber alguna reducción

en la precisión de la medición de la longitud del camino, en general se encontró

que es suficiente tomar la distancia medida de centro a centro de las caras de

los transductores.

• Transmisión indirecta

La transmisión indirecta, se debe usar sólo cuando una cara del concreto es

accesible, cuando se va a determinar la profundidad de una grieta superficial o

cuando la calidad de la superficie de concreto relativa a la calidad total es de

interés.

Es el menos sensible de los arreglos y, para una longitud de camino dado, produce

en el transductor de recepción una señal que tiene una amplitud de sólo alrededor

del 2% al 3% de la producida por transmisión directa. Además, esta disposición




proporciona las velocidades de pulso que suelen estar influidas por el concreto

superficial. Esta región es a menudo de composición diferente a la del concreto

dentro del cuerpo de una unidad y los resultados de la prueba pueden ser no

representativos.

La velocidad indirecta es invariablemente menor que la velocidad directa sobre el

mismo elemento de concreto. Esta diferencia puede variar de 5% a 20%,

dependiendo en gran medida de la calidad del concreto bajo prueba. Cuando sea

posible las mediciones en ambas posiciones deben hacerse para determinar esta

diferencia.

3.4 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL V-METER MARK IV V-C-400

Peso del Instrumento: 61bs. (2.75kg).

Dimensiones: 4.5" x 8.5" x 10.5" (114.3mm x 223.5mm x 267mm).

Rango de medición del Tiempo de Transito: desde 0.11JS (micro segundos)

hasta 6553.5 IJS. Medir 0.1 IJS es posible ya que el equipo cuenta con un

oscilador de cristal de 1 O M Hz.

Rango de frecuencias de 24 to 500kHz: La frecuencia a la que operarán

los transductores será elegido de acuerdo a las características de la

prueba a realizar.

Sensibilidad del receptor: 250 micras voltios, entre 30 k Hz y 1 00 kHz.

Precisión: ± O, 1 micro segundos.

Sensibilidad de emisor: 250 micras voltios entre 36 kHz y 500 kHz.

Impedancia: 2MOHMS.

Bacteria interna de Litio recargable, con capacidad para trabajo continuo

de 4 a 1 Ohoras.

Resolución de la pantalla: 320 x 240 pixeles.

Temperatura de trabajo: de ooc a 50°C.

3.4.1 Uso de acoplante

Para asegurar que los impulsos ultrasónicos generados en el transductor

transmisor llega pasar a través del concreto para ser detectado por el transductor

receptor, es esencial que exista un acoplamiento acústico adecuado entre el

concreto y la cara de cada transductor.




En muchas superficies de concreto, el acabado es suficientemente liso que

aseguran un contacto acústico bueno con el uso de un medio de acoplamiento y

presionando el transductor contra la superficie del concreto.

Acoplantes típicos son: vaselina, grasa, jabón suave y caolín 1 pasta de glicerol.

Es importante que sólo una capa muy fina de medio de acoplamiento separe la

superficie del concreto con la cara en contacto del transductor. Por esta razón, se

deben realizar lecturas repetidas del tiempo de tránsito hasta obtener un valor

mínimo que ocurrirá cuando la capa del medio de acoplamiento sea finamente

extendido.

Donde sea posible, los transductores deben estar en contacto con las superficies

de concreto, que han sido encofrados.

Cuando la superficie de concreto es muy áspera y desigual, el área de la superficie

donde el transductor se va a aplicar debe ser alisado y nivelado. Alternativamente,

un medio de alisado, tal como resina epoxi rápida de ajuste o de yeso se pueden

utilizar, pero una buena adhesión entre la superficie del concreto y el medio de

suavizado se debe garantizar de modo que el pulso se propague correctamente

en el concreto bajo prueba. Es importante asegurarse de que la capa del medio

de suavizado será tan delgada como sea posible. Si es necesario hacer una capa

significativamente gruesa, la velocidad de la onda del medio de alisado tiene que

ser tomado en cuenta.

3.5 RANGO DE APLICACIÓN DEL EQUIPO

3.5.1 Niveles de precisión

Puede afirmarse que existe una opinión consensuada, respecto a que el nivel de

precisión que proporciona el método en los ultrasonidos para estimar la resistencia

a compresión del hormigón, se sitúa entre el ±15% al ±25%, siendo el valor medio

de este intervalo, ±20%, el nivel que con mayor profusión se atribuye al método.

Sin embargo, la gran mayoría de los autores destacan la diferencia que existe

entre que los ajustes resistencia-velocidad se establezcan en condiciones de

laboratorio, o en base a ensayos realizados sobre el hormigón in situ.

Del primer caso, se obtendrán niveles de precisión superiores, del orden de ±1 O

al ±15%, pero numerosos autores llaman la atención sobre la escasa fiabilidad


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO lll. CARACTERIZACION DEL EQUIPO


que se obtiene en la aplicación de estas correlaciones cuando se pretende estimar

in situ la resistencia del hormigón.

La norma británica BS 6089, señala que la precisión de los valores estimados para

la resistencia del hormigón, depende primordialmente de la validez del ajuste

establecido entre f'c y V, más que del número de ensayos realizados. Confiere

una precisión al método de ±20%, cuando el hormigón procede de una localización

determinada y la correlación entre resistencia y velocidad se ha obtenido para un

concreto específico. Advierte que las correlaciones basadas en el ensayo de

probetas testigo extraídas de la estructura, suelen estar basadas en un número

de resultados muy limitado, obteniéndose intervalos de validez ajustados que

redundarán en una disminución de la precisión en la estimación de resistencia, si

se obtienen los valores estimados fuera del campo de validez.

3.6 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Debemos tener en cuenta que la relación entre la velocidad de pulsación y el

módulo de elasticidad dinámico de un medio elástico no es lineal, sino cuadrática,

y es así mismo cuadrática la relación entre el módulo de deformación y la

resistencia a compresión del hormigón.

No podremos, pues, admitir una relación lineal entre resistencias a compresión y

velocidades de pulsación ni siquiera con intervalos reducidos de variación de la

resistencia. Por ello, deberemos utilizar otro tipo de regresión, por ejemplo la

regresión potencial.

El problema radica en que el concreto no constituye un medio homogéneo, y

además su módulo de elasticidad dinámico y su módulo de deformación estático

no están relacionados por una función de validez universal. Por otra parte, los

instrumentos de medida no determinan directamente la velocidad de pulsación,

sino el tiempo de paso entre el emisor y el receptor, y la distancia entre ambos, en

línea recta, puede no coincidir con la trayectoria real de la onda, especialmente si

esta se ve obligada a contornear micro fisuras, poros o cangrejeras en su

recorrido.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO IV. APLICACIÓN DEL METODO DE ULTRASONIDO

CAPÍTULO IV. APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ULTRASONIDO

Este método de prueba fue desarrollado para su uso en el concreto y las

investigaciones publicadas de su aplicación tienen que ver principalmente con este

material.

Un volumen considerable de la literatura que se ha publicado durante los últimos 60

años que describen los resultados de la investigación sobre el uso de pruebas de

ultrasonido en el concreto.

El método fue desarrollado por primera vez en Canadá por Leslie y Cheesman entre

1945 y 1949, y también de forma independiente en Gran Bretaña casi al mismo tiempo

por Jones y Gatfield. El aparato desarrollado en ese momento utilizaba un

osciloscopio de rayos catódicos para la medición del tiempo de tránsito. Formas

modificadas de este equipo han sido ampliamente utilizadas en muchos países. El

equipo era particularmente útil en laboratorio, pero era complicado utilizar en

condiciones de campo.

El aparato utilizado en esta tesis ha sido diseñado especialmente para las pruebas de

campo, siendo ligero, portátil y fácil de usar. Se puede operar independientemente de

la fuente de alimentación, cuando se utiliza en el campo y directamente de la

alimentación de Corriente Alterna para uso en laboratorio.

En el ámbito normativo existen la especificación ASTM C-597 "Método de prueba

estándar para determinar la velocidad del pulso a través del concreto" desde

1967 y el British Standards lnstitution ha emitido las "Recomendaciones para la

medición de la velocidad de los impulsos ultrasónicos en concreto" B.S. 1881: Parte

203- 1986.

Las pruebas con ultrasonido, han sido utilizadas ampliamente en todo el mundo y está

claro las ventajas de este método, frente a los métodos tradicionales de pruebas ya

sean destructivas o no destructivos. Es probable que en nuestro país aumente aún

más su aplicación. En particular, su aptitud para examinar el estado del concreto en

profundidad es inigualable.



Aplicación de las Pruebas de velocidad de pulso

El método de la velocidad del pulso ultrasónico se ha demostrado que proporcionan

un medio confiable para la estimación de la fuerza de resistencia y se ha utilizado

para probar varios tipos de productos de madera y concreto. Está en uso para la

detección de la pudrición en postes de madera para electricidad y proporciona un

/ método muy económico para la inspección de estos postes, mientras están en

servicio.

El mismo equipo puede ser utilizado para probar los estratos de roca y para

proporcionar datos útiles para el trabajo geológico de reconocimiento. El método

también se ha utilizado para las pruebas de grafito, cerámica y materiales con granos

de cuarzo y es probable que sea de utilidad para probar otros materiales no metálicos.

Sin embargo, en adelante nos centraremos al concreto.

4.1 HOMOGENEIDAD DEL CONCRETO

El método utilizando ultrasonido es adecuado para el estudio de la homogeneidad del

concreto, y, por lo tanto, para la evaluación relativa de la calidad del concreto. La

heterogeneidad podría manifestarse con agrietamiento interior, deterioro, fisuración,

y las variaciones en las proporciones de mezcla. Heterogeneidades en un miembro

de concreto causarán variaciones en la velocidad del pulso. Por ejemplo, la difracción

de un pulso de onda alrededor de un vacío de aire interno causará un aumento en el

tiempo de propagación. Así, la velocidad aparente disminuirá

El concreto, por naturaleza, es un material heterogéneo, en el que, dependiendo de

la naturaleza de sus componentes y pequeñas variaciones en la dosificación de Jos

mismos pueden acarrear cambios sustanciales en el valor de su resistencia a

compresión.

·Este efecto de la variabilidad se materializa incluso antes de colocar el hormigón en

la estructura, ya que por ejemplo, en la toma de las muestras de este material

(procedente de un mixer), de una u otra porción de la descarga, conduce, a que, si el

concreto transportado no está suficientemente homogeneizado, la muestra tomada

tenga una relación agua/cemento (a/c) y dosificación de los materiales que no sean

representativos del conjunto.



Si a esto añadimos los efectos de las diferencias de colocación, compactación y

curado del hormigón en la estructura, se entiende fácilmente el por qué son de esperar

las variaciones de resistencia en y entre elementos estructurales diferentes. Por ello

mismo, es importante poder considerar como afectan esas variaciones de resistencia

a determinados tipos de pieza de la estructura en cuestión.

Abordaremos los factores que afectan a la resistencia a compresión en muros de

concreto endurecido, que dependen más directamente de la calidad de la estructura

interna del hormigón que se investiga, del tipo de pieza y la posición del testigo en la

misma pueden considerarse ciertamente relevantes.

La norma BS 6089(6) Guía de evaluación de la resistencia del hormigón en

estructuras existentes (BSI 1981) y el informe de The Concrete Society (37), al

referirse a las inherentes variaciones de la resistencia del concreto en la estructura,

comentan lo siguiente:

• La resistencia del concreto in situ puede variar dentro de un mismo elemento

estructural de dos formas, ocasional y siguiendo unas pautas determinadas

(variación sistemática)

• La magnitud de las variaciones de la resistencia a compresión del concreto in

situ, entre elementos estructurales de un mismo tipo, varía de un elemento a

otro de forma ocasional.

• En el perfil vertical, de un elemento estructural determinado, la resistencia in

situ del concreto desciende en las partes altas de las piezas, incluso en losas,

y puede llegar a ser un 25% inferior en las zonas superiores de las piezas. El

hormigón de menor resistencia a compresión está situado a menudo en los

300mm superiores o 20% de la altura, según cuál de estas dos magnitudes

sea menor.

El incremento de resistencia para zonas medias e inferiores, con respecto a las zonas

superiores, es similar para diferentes tipos de piezas. Ha de observarse que el

descenso del valor de la resistencia se posiciona en las zonas altas de las piezas,

mientras que la resistencia, en ésas zonas, es relativamente constante u homogénea.



Además, un proceso de curado inadecuado puede incrementar esas diferencias,

siendo mayores a medida que el nivel de resistencia del concreto es superior.

En resumen, los datos disponibles de las investigaciones experimentales realizadas

por diversos autores indican que, efectivamente, existe una reducción de la

resistencia a compresión del hormigón en las partes más altas de los elementos

estructurales que estaría cuantificada entre O y 30%, aunque no existe un consenso

general respecto a los factores que gobiernan la magnitud de ese descenso de las

resistencias.

En ese sentido, el concreto no representativo del conjunto de la pieza puede estar

situado en los 300mm superiores (más arriba) de las piezas si su altura es superior a

1.50m (para el caso de muros).

,P•r:~e- Juperí<>r de la pieza

Parte Inferior de '- pieza

o

4. 1 Variación de la Resistencia a compresión en varios tipos de pieza. Fuente: (Jonh Henry Bungey).

La Figura 4.1 tomada de John Henry Bungey, muestra las variaciones típicas de

resistencia a compresión del hormigón en elementos estructurales tipo columna

(soportes), muro, viga y losa.


75

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO IV. APLICACIÓN DEL METO DO DE ULTRASONIDO

Figura 4.2. Contorneas tfpicos de resistencia a compresión del concreto para una viga y un muro. Fuente: (Jonh Henry Bungey).

Para vigas y muros, el gradiente de resistencias es razonablemente uniforme, aunque

variaciones en la compactación o en el suministro, pueden causar el tipo de

variaciones indicadas en la Figura 4.2 a modo de curvas de nivel de zonas de

resistencias similares.

Para elementos tipo losa, la reducción esperada de resistencia del 25% puede

estar concentrada en los SOmm superiores.

4.1.1 Trabajo de Campo para determinación de la Homogeneidad

Para utilizar el equipo V-meter en la determinación de la homogeneidad del concreto,

se realizará investigaciones en dos (02) muros estructurales de concreto armado, del

Proyecto de Mejoramiento de la Infraestructura del Laboratorio de Ensayo de

Materiales de la FIC- UNI, ver Figura 4.3. Se realizaron pruebas con el equipo de

ultrasonido V- Meter MK IV, a lo largo y ancho de ejes horizontales y verticales, esta

información permitirá realizar el desarrollo de curvas de iso-velocidades en toda el

área del muro analizado, siguiendo el criterio topográfico de curvas de nivel.

Materiales y equipos utilizados para conocer la homogeneidad de un elemento

de concreto, se utilizó:

V-Meter MK IV



Equipo Detector de acero

2 escaleras de 3m

Lijas

Lápiz o tiza, wincha, escuadra y nivel.

Cuadernillo de apuntes

Personal necesario

2 operarios

1 operador del equipo detector de acero

1 operador del equipo V-meter MK IV

4.1.2 Procedimiento

1. Utilizando el equipo detector de Acero se ubican ejes (horizontales y

verticales) donde no exista presencia de acero de refuerzo.

2. Con mucho cuidado y utilizando un nivel, se marcan y posicionan los ejes

en ambos caras de los muros de concreto reforzado.

3. Se marcan círculos de 2" con centro en las intersecciones de los ejes, para

controlar y tener fijado la posición de los transductores.

4. Se mide el espesor del muro que es la distancia que recorrerá la onda,

dato que será ingresado al V-meter MK.

5. Utilizando el equipo V-meter se realiza el ensayo, el output será la

velocidad de la onda alcanzada en cada punto de muestreo, esta

información será aproximada al múltiplo de 1 00 más cercano, por ejemplo:

si velocidad de onda 3436m/s, se registra 3400m/s.



i. _! i. 1JJlf,1 .. ~-- -·: . i .1

' ~

l

Figura 4.3 Muros Tipo C-1, del proyecto de Ampliación y Mejoramiento del LEM. Fuente: Elaboración Propia.

4.2 DETECCIÓN DE CANGREJERAS E IMPERFECCIONES

Cuando un impulso ultrasónico, que viaja a través del concreto encuentra una interfaz

de aire o vacío, hay una transmisión insignificante de energía (a través de esta

interfaz), de modo que, cualquier grieta llena de aire o de vacío que se extiende

directamente entre los transductores, obstruirá a los pulsos ultrasónicos, cuando el

vacío o cangrejera ocupa una área proyectado mayor que el área de las caras de los

transductores. El primer pulso para llegar al transductor receptor habrá sido

difractada, alrededor de la periferia del defecto y el tiempo de tránsito será más largo

que en el concreto similar con ningún defecto.



A veces es posible hacer uso de este efecto para la localización de defectos,

cavidades, etc., pero debe apreciarse que los defectos pequeños a menudo tienen

poco o ningún efecto sobre los tiempos de transmisión de las ondas ultrasónicas.

Cuando un pulso de onda se propaga en un medio que tiene propiedades de

materiales distintas, una parte de la energía de la onda se dispersa fuera de la ruta

original. Por ejemplo: huecos, grietas y partículas del agregado dispersan parte de la

energía inicial del pulso de onda de compresión de la ruta original de transmisión. La

magnitud de la dispersión es especialmente intensa si la longitud de onda de los

pulsos que se propagan es del mismo tamaño o más pequeño que el tamaño del

medio distorsionador, lo que resulta en la rápida atenuación de la onda.

Para concreto, el límite superior de frecuencia útil es de aproximadamente 500 kHz

con una longitud de onda asociada de aproximadamente 1 O mm, que está en el rango

de tamaño de las partículas de agregado grueso.

La detección de huecos o cavidades grandes

Una gran cavidad puede ser detectada mediante la medición de los tiempos de

tránsito de impulsos que pasan entre los transductores cuando se colocan en

posiciones adecuadas de manera que la cavidad se encuentra en la trayectoria directa

entre ellos, tal como se puede ver en la Figura 4.4. El tamaño y la posición de dichas

cavidades pueden ser estimadas asumiendo que los pulsos pasan a lo largo del

camino más corto entre los transductores y alrededor de la cavidad. Estas

estimaciones son más fiables si la cavidad tiene un límite bien definido rodeado de

hormigón uniformemente densa.

Si el área proyectada de la cavidad es menor que el diámetro de los transductores, la

cavidad no puede ser detectado solo por medición del tiempo de tránsito.

Figura 4.4. Esquema para detección de cavidades y cangrejeras. Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.



4.2.1 Trabajo de Campo para detección de Cangrejeras

Se diseñaron dos cubos de concreto de 0.5m de lado, 1) los que fueron

analizados con Ultrasonido en su estado inicial y posteriormente los

perforamos, 2) para crear el efecto de una grieta o cavidad interior, con

diámetros de broca de taladro de 5/8", %" y con 3) extractor" de diamantinas

de 3".

Materiales y equipos utilizados para determinar la presencia de cavidades se

utilizó:

• V-meter MK IV

• Lijas

• Lápiz o tiza, wincha, escuadra y nivel.

• Cuadernillo de apuntes

• Cubos de concreto de L=50cm

Personal necesario


4.2.2 Procedimiento

1. Lijar y alisar las caras donde se colocaron los transductores.

2. Medir la longitud entre las caras del cubo donde se colocaron los

transductores

3. Medir la velocidad alcanzada por la onda en el cubo.

4. · Perforar con brocas de 5/8", %" y 3" a la mitad de camino entre los

transductores.

5. Medir las velocidades correspondientes para las 3 dimensiones de huecos

(que representan cangrejeras o grietas)

4.3 VARIACIONES EN EL TIEMPO DE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO

Los cambios que ocurren en la estructura de hormigón con el tiempo, ya sea

causada por la hidratación (que aumenta la resistencia) o por un entorno

agresivo, como heladas, o sulfatos, se pueden detectar por mediciones

repetidas de la velocidad de pulso en momentos diferentes y en las mismas

posiciones. Los cambios en la velocidad del pulso son indicativos de cambios



en la fuerza y su medición se puede hacer durante períodos prolongados de

tiempo y sobre la misma pieza de prueba de la estructura que se requiere

monitorear.

Esta aplicación es útil para realizar el seguimiento al endurecimiento del

concreto durante los dos primeros días después de vaciado y a veces es

posible tomar medidas sobre el encofrado antes de que se decida desencofrar

en edades tempranas. Esto tiene una aplicación muy interesante porque

permite decidir el momento adecuado para el desencofrado y del pretensado,

cualquiera sea el caso.

De la Figura 4.5 se muestra las curvas de comportamiento de la velocidad del

pulso ultrasónico del elemento de concreto ensayado a temperaturas de 5°C,

18 oc y 30°C a medida que va endureciendo al pasar el tiempo.

s.---.-----.----.----.----.---.---.---.

1 hour 2 h 5 h 10 h Id 2 d 4d 7days 14d

Figura 4.5. Curvas del comportamiento de la Velocidad de la Onda en el tiempo.

Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

4.3.1 Trabajo de Campo

Se realizaron probetas de concreto armado, las cuales fueron monitoreados en estado

humedecido en los primero 7, 14 y 28 días, en diferentes momentos.



Materiales y equipos utilizados para monitorear el concreto en los primeros 28

días:

V-Meter MK IV

Lijas

Dos probetas de concreto



Personal necesario


4.3.2 Procedimiento

Lijar y alisar las caras donde se colocaron los transductores.

Medir la longitud entre las caras de la viga donde se colocaron los

transductores

Medir la velocidad alcanzada por la onda en la viga en los primeros 28

días.

4.4 DETERMINACIÓN DE LA PROFUNDIDAD DE LAS GRIETAS

La estimación de la profundidad de una grieta visible en la superficie puede obtenerse

mediante la medición de los tiempos de tránsito a través de la grieta en dos

disposiciones diferentes de los transductores colocados en la superficie.

La disposición para realizar la medición de la profundidad de las grietas se muestra

en la Figura 4. 6, donde los transductores (emisor y receptor) están colocados en lados

opuestos de la grieta y equidistantes de la misma. Los valores de x son elegidos

tantas veces como sea necesario. Se realizará la medición del tiempo de viaje en

estas dos posiciones. En la segunda medición la distancia entre transductores será el

doble de la primera, y se miden los tiempos de tránsito correspondientes a estos.

Existe dos formas de estimar la profundidad de la grieta, para este trabajo se abordará

el primer caso.

A continuación explicaremos los dos (02) casos.

a. Primer Caso



La siguiente ecuación, propuesta en el manual de usuario del equipo y en la norma

8511881, Parte 2003 Recomendaciones para la medición de la Velocidad del

pulso ultrasónico en estructuras de concreto se obtiene suponiendo que el plano

de la grieta es perpendicular a la superficie del concreto y que en las proximidades de

la grieta la calidad del concreto es razonablemente uniforme.

4T,2- T22 T22- T,2

Figura 4.6 Esquema para calcular la profundidad de grietas. Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

Asuma el primer valor de x igual a X1, entonces el segundo valor será 2*X1 y los

tiempos de tránsito correspondientes a éstos sean T1 y T2, respectivamente.

Para conocer la inclinación de la grieta tal como lo muestra la Figura 4. 7 mueva uno

de ellos fuera de la grieta. Si el tiempo de tránsito disminuye esto indica que la grieta

se inclina hacia la dirección en que se mueve el transductor .

... :···

:·· . ....... ······:-> .

Figura 4. 7. Esquema para conocer la orientación de la grieta Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

b. Segundo Caso

Un control podrá efectuarse para evaluar si la grieta se ha quedado en un plano

perpendicular a la superficie mediante la colocación de ambos transductores cerca de

la grieta y gradualmente se va alejando uno de ellos, se va midiendo el

desplazamiento juntamente con el tiempo de transito de la onda en cada posición, la

Figura 4.8 muestra el procedimiento a seguir para determinar la profundidad de la

grieta. En la Figura 4.8 se muestra la forma de graficar los resultados obtenidos, esto



permite la evaluación y detección del lugar donde se ubica la grieta a partir de un

punto fijo.

Figura 4.8 Esquema para determinación de la profundidad de grietas (Segundo Caso) Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

T[ansir ~ T=transmitter ••me ~ s -------- R = receiver

L 1 h = uack depth T. L = di atan ce

r· rl , Distante, lndtes

Figura 4.9 Gráfico de los resultados para determinar la profundidad de Grieta. Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

En ambos casos es importante que la distancia X y L se puedan medir con precisión

y que exista buen acoplamiento entre los transductores y la superficie de concreto del

elemento ensayado. El método es válido siempre que la grieta no esté llena de agua.

Con la finalidad de enriquecer este trabajo de investigación se realizó el ensayo sobre

grietas verticales e inclinadas (las más comunes en campo).

4.4.1 Trabajo de Laboratorio

Se requiere comparar los resultados de medir la profundidad de una grieta con Vernier

y aplicando la metodología utilizando ultrasonido de acuerdo a 8511881, Parte 2003

Recomendaciones para la medición de la Velocidad del pulso ultrasónico en

estructuras de concreto.



Materiales y equipos utilizados para monitorear el concreto en los primeros 28

días:

V-meter MK IV

Vernier

Lijas

Cuatro vigas estándar de concreto



Personal necesario

1 operador de la cizalla


4.4.2 Procedimiento

1. Se realizaron cuatro (04) vigas estándar de concreto, las mismas que se

utilizan para ensayar a flexión.

2. Se realizaron cortes verticales e inclinados utilizando cizalla, las

profundidades de cortes fueron controladas.

3. Se midió la profundidad (en el eje vertical) de las grietas utilizando Vernier.

4. Se midió dos ubicaciones equidistantes, una el doble de la otra, a una

distancia X para ubicar los transductores.

5. Se utilizó el equipo V-Meter MK IV para medir los tiempos T1 y T2 de transito

de la onda en las dos posiciones equidistantes desde la grieta.

6. Se calculó la profundidad de la grieta aplicando la fórmula propuesta por el

fabricante y por 8511881, Parte 2003 Recomendaciones para la medición

de la Velocidad del pulso ultrasónico en estructuras de concreto.

4.5 ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO

La calidad del concreto se evalúa generalmente mediante la medición de la

resistencia de un cilindro (o cubo) a la compresión. Investigadores han encontrado

que no existe ninguna correlación simple entre la fuerza del cilindro y la velocidad de

pulso de ondas ultrasónicas, principalmente porque la correlación se ve afectado por:

~ Tipo de agregado

~ Relación Agua/cemento


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenieria Civil CAPITULO IV. APLICACIÓN DEL METODO DE ULTRASONIDO

~ Edad de concreto

~ Tamaño y gradación del agregado

~ Condiciones de curado

Estos factores son determinantes a la hora de realizar una correlación entre la

velocidad de la onda y la resistencia de los elementos de concreto ensayados.

El rango de resistencias puede obtenerse, (i) bien mediante la variación de la edad

del concreto en prueba o (ii) mediante la introducción de una gama de relaciones

agua-cemento. La curva que relaciona la resistencia del concreto del cilindro con la

velocidad de pulso es probable que no sea el mismo para estos dos métodos

explicados, pero el método elegido debe ser adecuado a la finalidad de ensayo.

La Figura 4.9 de correlación, propuesto por el manual de usuario del fabricante,

realizado mediante la medición de la velocidad del pulso y la resistencia en cubos de

concreto.

o .e ::> u e IDN .S! E e E

"*z >~ ·:;m O" u ., e .!!!:l!l u"' e ID .S! "' ·¡¡; Q)

a::

lag scale

60 55 50 45

40

35

30

25

20

15

10 /

D

o o o ,.; ...

u

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Pulse Velodty ft/s o e ;!} ...

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1!:0 op _¿o ~ o

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lO

3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Velocidad de los pulsos

(km/s)

PSI

8700 7976 7259 6525

5800

5076

4350

3624

2900

2175

1450

Figura 4.9 Correlación típica entre velocidad de los pulsos ultrasónicos y resistencia del concreto. Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

La figura anterior muestra una curva típica obtenida para concretos hechos con

agregado gravoso de río.

4.5.1 Trabajo de laboratorio Materiales y equipos utilizados para estimar la resistencia del concreto:



V-Meter MK IV

Lijas

Probetas cilíndricas estándar

Vernier o wincha


Personal necesario


4.5.2 Procedimiento

Se determinó la longitud entre las dos caras planas de las probetas cilíndricas.

Se indicó la longitud anteriormente medido en el equipo V-Meter MK IV

Se determina y anota en el cuadernillo de apuntes la velocidad de los pulsos

ultrasónicos de cada la ensayada

Se realiza este procedimiento para todas las probetas.

4.6 DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE YOUNG/ POISSON

La relación entre las constantes elásticas y la velocidad de un pulso de onda de

compresión ultrasónica en un medio elástico isótropo de dimensión infinita está dada

por:

2 (1 + J.L)(1 - 2¡.t) Ed = p * V * -----,-(1---u-:-)--

Ed: Modulo de elásticidad dinámico

V: Velocidad de la Onda (mis)

¡.t: Relación de Poisson Dinámico.

p: Densidad del concreto (kgjm3)

La Figura 4.11 muestra las curvas que pueden ser utilizados para determinar el

módulo de elasticidad estático y dinámico a partir de mediciones de velocidad de

pulso.



N E E z ~ "O

"' "O ·¡:; ~ "' a; Q)

"O o :; "C •O :2

60

.50

40

30

V ,..

~ lO v ¡...."

~ 10

o

ft./scc ID <D ... <D ... .. : ~

./ ~ :v / V

/ , V Sta tic

/

.. .. "1 ID

.. 8700X103

~ V

7:150

5800

4350 HS

:1900

1450

3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0

Velocidad del Pulso (km/s)

Figura 4. 11 Curvas de correlación entre la velocidad de onda y los módulos de elasticidad estático y

dinámico. Fuente: Manual de Usuario del Fabricante.

Para determinar el módulo de elasticidad, se deberá conocer la velocidad de la

onda.

4.6.1 Trabajo de laboratorio

La finalidad de esta aplicación es comparar los módulos de Young/Poisson estáticos

aplicando el método de ultrasonido y utilizando el método destructivo de acuerdo a la

norma ASTM C-469.

Materiales y equipos utilizados para determinar el módulo de Young/Poisson:

V-meter MK IV

Lijas

Probetas cilíndricas estándar

Vernier o wincha

Deformimetros longitudinales y rotacionales


Balanza

Personal necesario

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila BB



4.6.2 Procedimiento

1. Determinación de la densidad de las probetas:

Se mide la longitud y diámetro del cilindro para determinar el volumen

Se pesa y se calcula la densidad de la probeta

2. Determinación de los módulos de Young/Poisson con Ultrasonido

Se configura el equipo de ultrasonido y se introduce la longitud y densidad

de la probeta

Se realiza el ensayo y se determina el módulo de Young y la velocidad de la

onda.

3. Determinación del módulo de Young aplicando la Norma ASTM C-469

Las mismas probetas ensayadas con ultrasonido son ensayados aplicando

el método ASTM C-469.

Realizar el mismo procedimiento para todas las probetas.


B9


CAPÍTULO V. RESULTADOS

5.1 HOMOGENEIDAD DEL CONCRETO

CAPITULO V. RESULTADOS

Se determinó la velocidad de los pulsos de onda ultrasónica en nueve (09) puntos

sobre tres (03) ejes horizontales y tres (03) ejes verticales.

La ubicación relativa y la velocidad en cada punto de los Elementos Monitoreados 1

y 2 se encuentran en el Cuadro 5.1 y Cuadro 5.2 respectivamente. En cada elemento

monitoreado se realizaron mediciones en las intersecciones de tres ejes horizontales

y verticales.

Cuadro 5.1 R e sumen d l . f¡ "6 . , d e a m ormac1 n recop1 a a en e 1 Et t M nitoreado 1 . emeno o

·~~~ Z(m)•l Velocid~d.

ID {m/s)

1 0.15 0.55 3600

2 0.60 0.55 3500

3 1.13 0.55 3500

4 0.15 1.25 3800

5 0.60 1.25 3700

6 1.13 1.25 3800

7 0.15 2.15 3800

8 0.60 2.15 3500

9 1.13 2.15 3600

Fuente: Elaborac16n Prop1a.


.•

90

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO V.RESUL TADOS

Cuadro 5.2 R esumen de la información recoailada en el Elemento Mo nitoreado 2

GJ Velocidad

X(m) Z (m) (m/s)

1 0.15 0.55 3900

2 0.6 0.55 3700

3 1.13 0.55 3800

4 0.15 1.25 3600

5 0.6 1.25 3500

6 1.13 1.25 3600

7 0.15 2.15 3600

8 0.6 2.15 3700

9 1.13 2.15 3600


Figura 5.1 Mapa de iso-velocidades del Muro 1 (izquierda) y Muro 2 (derecha) analizado.

Fuente: Elaboración Propia, utilizando el software Are Gis v10.1

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguíla 91

Velocidad (km/s} .3.7-3.9 D 3.6-3.7 Cl35- 3.6


Utilizando el software Are Gis v1 0.1, se graficó la información y se determinaron las

curvas de "iso-velocidades". Con fines didácticos se presenta en la Figura 5.1 el mapa

de "iso-velocidades", en ella se muestra que el color verde representa la velocidad del

concreto entre 3.5 y 3.6 km/s y de forma análoga para los colores cian (3.6- 3.7km/s)

y azul (3.7- 3.9km/s)

También se realizó la evaluación de dos columnas de 4m de altura. En estos

elementos la metodología consistió en determinar la velocidad de la onda en las

vecindades de la parte baja, media y alta.

Los puntos evaluados están en un eje vertical a 26 cm de la cara interior de la

columna. En el Cuadro 5.13 se encuentran los valores promedios de la velocidad de

la onda evaluados a diferentes alturas en el eje vertical de las Columnas 1 y 2.

La Figura 5.2 representa la nube de puntos de velocidades de onda versus la altura

(lugar donde se realizó la medición de velocidad de onda) para las dos columnas

evaluadas.

Cuadro 5.3 Ubicación y velocidades en el eje Vertical a 26cm de la cara interior de las Columnas 1 y 2.

ZONA ALTURA VELOCIDAD DE ONDA {m/s)

{cm) COLUMNA 1

403.8 3730 394.5 3795

ALTA 386.0 3755 373.0 3715

353.5 3575

247.5 3790 233.5 3860

MEDIA 221.0 3850 207.2 3905 196.6 3760 62.0 3440

51.5 3290 BAJA 41.0 3330

31.6 3080

23.8 3085 Fuente. Elaboración prop1a.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo Moreno del AguiJa

COLUMNA2

3610.0 3920.0 3410.0

3850.0 3885.0

3735.0 3650.0 3860.0

3800.0 4065.0 3515.0 3430.0 3420.0 3505.0 3595.0

92

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO V. RESULTADOS

---~--- -- ----------~--- --------- --~-- ~- ------- -~ ~-------- ------- ----- -----------~--

¡

450.0

400.0

350.0

- 300.0 E :;( 250.0 a:: ::J 200.0 !:::; <( 150.0

100.0

50.0

3000 3200 3400 3600 3800 4000

VELOCIDAD DE LA ONDA (m/s)

4200

0COLUMNA1

OCOLUMNA2

~---------·-···-···-·-···-----·-···----------------·-------------····---------------------------- ·--- _ _j

Figura 5. 2 Nube de puntos correspondientes a la velocidad de onda en las Columnas 1 y 2. Fuente: Elaboración Propia


Se determinó las velocidades de la onda en los cubos sin perforaciones y con

perforación de 5/8", %"y 3", obteniendo los resultados del Cuadro 5.4, Cuadro 5.5 y

Cuadro 5.6. En estos cuadros también pueden visualizar el comportamiento de la

onda al transitar a través de cada uno de los cubos.

SIN HUECO

VELOCIDAD de

ONDA: 3883 m/s

HUECO DE 5/8 HUECO DE 3/4

VELOCIDAD de VELOCIDAD de

ONDA: 3844 m/s ONDA: 3913m/s



HUECO DE 3"

VELOCIDAD de

ONDA: 3541 m/s

93

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO V.RESULTADOS

Cuadro 5.5 Velocidad de la Onda en el CUBO 2 de Concreto sin

SIN HUECO

VELOCIDAD de

ONDA: 3784 m/s

CUBO 2 (LONGITUD=0.310m)

HUECO DE 5/8

VELOCIDAD de

ONDA: 3716 m/s

HUECO DE 3/4 HUECO DE 3"

VELOCIDAD de VELOCIDAD de

ONDA: 3718 m/s ONDA: 3523 m/s

la Onda en el CUBO 3 de Concreto sin CUBO 3 (LONGITUD=0.313m)

SIN HUECO HUECO DE 5/8 HUECO DE 3/4 HUECO DE 3"

VELOCIDAD de VELOCIDAD de VELOCIDAD de VELOCIDAD de

ONDA: 3986m/s ONDA: 3752m/s ONDA: 3887 m/s ONDA: 3594 m/s

Fuente:



¡ 4100

. 4000

. 3900

1 3800

! 3700

. 3600

. 3500 1

: 3400 _Sin l;lueco 5./~'' .. 3/4"- .. _____ 3"

CAPITULO V. RESULTADOS

-o-CUBO 1

-o-CUB02

Figura 5.3 Variación de la Velocidad de la onda por efecto de Perforaciones. Fuente: Elaboración Propia.

El Figura 5.3, resume el comportamiento de la onda en diferentes condiciones sobre

los Cubos 1, 2 y 3 de acuerdo a la información presentada en los Cuadro 5.7, Cuadro

5.8 y Cuadro 5.9; habiendo una notable variación en el comportamiento de la onda

cuando la perforación supera 3".

e d 5 L "t dd d ua ro .7 ong1 u e on a y comparación con diámetro de interferencia en el CUBO 1. SIN

Parámetro HUECO 5/8" 3/4" 3" Unidades

Velocidad de Onda: V= 3883.0 3844.0 3913.0 3641.0 m/s

Variación de la Velocidad= -1.00 +0.77 -6.23 (%)

frecuencia de Onda: f= 54.0 54.0 54.0 54.0 k Hz

Long de Onda: y= 71.9 71.2 72.5 67.4 mm

COMPARACION: mayor mayor mayor menor

Dimensión de la Perforación o 15.9 19.1 76.2 mm


Se puede deducir esta disminución de la velocidad debido a que la longitud de la onda

(67.4mm) es menor al diámetro de la perforación de 3" (76.2mm), para el caso del

CUBO 1, provocando que la onda de menor buscará otro camino "más largo" y por

ende mayor tiempo y menor velocidad.

Para el caso de los CUBOS 2 y 3, se hizo de la misma forma que el CUBO 1.



C d BL ua ro 5. ongitud de onda v comparación con diámetro de interferencia en el CUBO 2.

SIN



Variación de la Velocidad= -1.80 -1.74 -6.90 (%)

frecuencia de Onda: f= 54.0 54.0 54.0 54.0 kHz

Long de Onda: y= 70.1 68.8 68.9 65.2 mm

COMPARACION mayor mayor mayor menor

Dimensión de la o 15.9 19.1 76.2 mm Perforación

.. Fuente: Elaborac10n Propta .

e uadro 5.9 LonQitud de onda y comparación con diámetro de interferencia en el CUBO 3.

SIN



Variación de la Velocidad= -5.87 -2.48 -9.83 (%)

frecuencia de Onda: f= 54.0 54.0 54.0 54.0 k Hz

Long de Onda: y= 73.8 69.5 72.0 66.6 mm

COMPARACION: mayor mayor mayor menor

Dimensión de la Perforación o 15.9 19.1 76.2 mm

Fuente: Elaboractón Propta.


Se monitorearon 3 tandas de probetas. Estas, fueron ensayadas a los 7, 14 y 28 días

con ultrasonido y compresión. Se obtuvieron los resultados de la Cuadro 5.1 O donde

se indica el día de muestreo y los resultados de velocidad de onda (m/s) y resistencia

a la compresión (kg/cm2) para cada una de las tandas de concreto identificados como

A, By C.


96


Cuadro 5. 1 O Resultados de la evaluación de la resistencia y velocidad de la onda con la edad del concreto

DIADE VELOCIDAD RESISTENCIA Variación Porcentual(%) TANDA

MUESTREO (m/s) (kg/cni2) · de la Velocidad

A 4606 279.6

7 B 4311 242.3

e 4405 234.8

A 4619 317.0 +0.28

14 B 4522 264.3 +4.89

e 4563 265.2 +3.59

A 4699 323.4 +2.02

21 B 4632 263.8 +7.45

e 4691 298.6 +6.49

Fuente: Elaboración Propia

Entre los 7 y 14 días existió una variación promedio de la velocidad de la onda (m/s)

en las 3 tandas de +2.92% y entre los 7 y 21 días fue de +5.32%. La velocidad la onda

ultrasónica incrementa a medida que va pasando el tiempo desde el vaciado del

concreto.

Se graficó el comportamiento de la onda ultrasónica a los 7, 14 y 21 días, tal como se

puede apreciar en la Figura 5.4 se tiene un comportamiento creciente en la velocidad

de la onda ultrasónica y de igual forma la resistencia. Ver Figura 5.5, Figura 5.6 y

Figura 5.7.



4750 ¡- -- ..... ---- -·· ....

1 ... .. 4700

'?4G5o

ro 4600 -o e: 4550 o ~ 4500 QJ ~~--,-¿AC~ /·········· .. ~/- ....................... ..

-e-A -o -o 4450 -o-B ro -o 4400 ·¡:; o

Qj 4350 >

4300 v-~- ·--- --· --- -----·---·-- . -- .. - --- ---1---- -----·--·-·-·-·----~------ ----- ------ _______ ,_ ......

4250

7 14 21

Día de muestreo desde vaciado (día)

Figura 5.4 Comportamiento de la Velocidad de la onda en 7, 14 y 21 días. Fuente: Elaboración Propia.

TANDA "A"

4720 ................ - ...... -- ......... ' .. --- -- .......... -- 330 V)

4700 ....... E 4680 ro

4660 -o e: o 4640 ~ 4620 QJ

4600 -o ;¡j 4580 ------------------------·-·---- --------------------------.--------

:g 4560 -il 4540 . ... -- ... ,... ... - ---- .. ... -> 1 7 14 ¡ 21 1

:·....::...:..í:\.~~1 ! 4606 4619 . --- ~----- 4699 .. -- -: !--- --- _, ____ ·--:------ -·--·--- ---- -·- -~- -------- --~---- -· ; _____________ ,. _____ "_ - ..... ¡

[=o:':=Afc 279.~ __ __ _i ___ 317 f 323.4 _____ j


270

260 Qj

250 -o ro

·¡:; e: QJ .... V)

·¡¡; QJ 0::

------~-------------~---- --------------· --·--·-·---------- ----------------· ------------ ------------------- --- _, _______ .

Figura 5.5 Evolución de la Velocidad de la Onda y la Resistencia del Concreto en la Tanda 'Ji''. Fuente: Elaboración Propia.



TANDA 11 811

4700 ···- ...... ·······-· .... . íi) ........

4600 E ctl 4500 "O e o 4400 .!!:! (!)

4300 "O "O ctl 4200 "O "ü o 4100 Qj > :=Bvel¡

~<;{-:r~~ :=.::--::::-.. ;;:...-:-~

-;::!!'!.~;~ ---- ···--~--------_/"!'

¿~'/' ..

-¿''- -.

7

4311

21

4632 : ==.:~.:,:~st¿ ·- .... ·-- úú

14

4522

264.3 263.8


270 265 N"

E 260 u ........

tlO

255 -"' u

250 ¡¡._

o 245 ....

(!) .._ 240 u

e 235

o u

230 Qj "O ctl "ü e (!) .... Vl

·¡¡; (!) e::

Figura 5.6E.voiucfón de ia Velocidad "éie i8 oñday la ReSisten.éia-dei-Concréto en la· Tanda "B".

4750 íi) 4700 ........ E 4650 ctl 4600 "O e o 4550 .!!:! 4500 (!)

"O 4450 "O ctl 4400 "O "ü 4350 o Qj 4300 >

4250

:===e:~~~-:· -· ¡- --- .. ----- .... _ --: . ---·

~==Cfc

7

4405

234.8


14

4563

' ' 265.2

----- -- - - --- -- -- L ----

21

4691

298.6


350 N

300 E u ........ tlO

250 -"' u

¡¡._ 200 o ....

(!)

150 .._ u e o

100 u (!)

"O 50 ctl

"ü e

o (!) ...., .!!1 Vl (!) e:: _,

t=(gura -g?Evoluctán · éié Ta velciClaadCiidaonda-iía7?éslstenCiacieicoricrl=ifo en7a ·ran-da ·.,c ... Fuente: Elaboración propia.


99



Se realizó un corte perpendicular en una cara a las dos (02) vigas (los cortes

representan las grietas) tal como se puede ver en las Figura 5.8 y Figura 5.9 y se

midió el tiempo de la onda en 2 posiciones diferentes y equidistantes de acuerdo al

manual de usuario y a la Norma 8511881, Parte 2003 Recomendaciones para la

medición de la Velocidad del pulso ultrasónico en estructuras de concreto y se

utilizó la fórmula:

Se realizó el mismo procedimiento a dos vigas con grietas (cortes realizados

intencionalmente) inclinadas, ver Figura 5.9.

Figura 5. 8 Corte Vertical de la viga hasta una profundidad controlada. Fuente: Elaboración propia.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenieria Civil CAPITULO V.RESULTADOS

Figura 5.9 Corte Inclinado de la viga tiasta una profundidad controlada. Fuente: Elaboración propia.

Los resultados del Cuadro 5.11 Profundidad de grietas verticales medido con Vernier

presentan el cálculo de la profundidad de la grieta con el método de ultrasonido y se

compara con las mediciones directas con un Vernier.

Posteriormente se realizaron los cálculos en las vigas cortadas con una cizalla

inclinadamente.

Los resultados del Cuadro 5.12 presentan el cálculo de la profundidad de la grieta

con el método de ultrasonido y las compara con las mediciones hechas con un

Vernier.



Cuadro 5. 11 Profundidad de grietas verticales medido con Vernier y con el método de Velocidad de Ultrasonido.

Descripción VIGA1 VIGA 2 Unidades

Profundidad REAL de 4.65 7.95 cm

la Grieta:

T1: 55.9 64.15 us

T2: 103.9 107.1 us

X1: 10 10 cm

Profundidad

CALCULADA de la 4.71 8.24 cm

Grieta:

ERROR= +0.06 +0.29 cm

Error Porcentual= +1.36% +3.61%

Fuente: Elaboración Prop1a.

La Figura 5.1 O muestra las vigas utilizadas para la medición de la profundidad de

grietas inclinadas.

Cuadro 5. 12 Profundidad de grietas inclinadas medido con Vernier y con método de Velocidad de Ultrasonido.

Descripción VIGA3

Profundidad REAL de la 4 5.1

Grieta:

T1: 42.6 49.8

T2: 78.1 87.3

X1: 7.5 8

Profundidad

CALCULADA de la 3.90 5.35

Grieta:

ERROR= -0.10 +0.25

Error Porcentual= -2.47% +4.89%

Fuente: Elaboración prop1a.


VIGA4 Unidades

cm 6.6

55 us

93.2 us

8 cm

cm

6.21

-0.39 cm

-5.87%

102


VIGA1

Figura 5. 1 O Viga 1 y 2 con grietas inclinadas. Fuente: Elaboración propia.

CAPITULO V.RESUL TADOS

El manual de usuario del equipo V-Meter MK IV proporciona un procedimiento para

determinar el lado de la inclinación de la grieta. Para ello se deberá 1) poner un

transductor fijo a un lado de la grieta y el otro transductor al otro lado y a continuación

de la grieta; en esta posición se determina el tiempo de viaje de la Onda ultrasónica.

2) Se moverá el segundo transductor una distancia entre 3-1 Ocm alejándolo desde la

grieta y se volverá medir el tiempo de viaje. Si el tiempo de viaje disminuye indica que

la inclinación de la grieta es hacia el lado para donde se movió el transductor.

La Figura 5.11 y Figura 5.12 muestran de forma detallada el proceso realizado para

conocer la orientación de la grieta inclinada.



Posición 1 - Transductor B a continuación Posición 2 -Transductor B se desplaza hacia

de la Grieta. el. lado en que se encuentra respecto a la

grieta (derecha).

Tiempo 71.2us

Tal como se ve en la viga la inclinación de la viga es de izquierda a derecha, los

tiempos de tránsito en las dos posiciones lo corroboran.

En ambos casos el Transductor A, se encuentra FIJO aliado izquierdo de la grieta.

El Transductor B, deberá moverse hacia la derecha.

Figura 5. 11 Proceso para determinar la profundidad de la Fuente: Elaboración propia.



continuación de la Grieta. desplaza hacia el lado en que se

encuentra respecto a la grieta

(izquierda).

Tiempo 57.0us

Tal como se ve en la viga la inclinación de la viga es de izquierda a derecha,

los tiempos de tránsito en las dos posiciones lo corroboran.

En ambos casos el Transductor A, se encuentra FIJO aliado Derecho de la

grieta. El Transductor B, deberá moverse hacia la izquierda.


de la Viga 2.

105



Se realizó muestreo de la velocidad de la onda en probetas provenientes de diferentes

empresas Contratistas, quienes acuden al Laboratorio de Ensayos de Materiales

(LEM) de la UNI para la estimación de la resistencia a compresión.

Conociendo la velocidad de la onda y la resistencia del concreto se graficó utilizando

el programa Excel v 2013 la nube de puntos de la Figura 5.13 y se determinó la recta

de menor ajuste.

-N

700

5 600 -+----------r;<>c-----<>::--<0>-~~---~ o ~ -; 500 Q ('j>-.t<>.,:------•0 <> ~ <>~ ~ 400 c. E 8 300 ra ra

·¡:¡ 200 r::: Qj ~

·~ 100 Qj

a:: o 3000

<>

3500 4000 4500

Velocidad (m/s)

5000

y= 0.347x- 1150 R2 = 0.4358

<> Seriesl

--Lineal (Seriesl)

Figura 5.13 Nube de puntos y correlación de resistencia a compresión y velocidad de la Onda Ultrasónica. Fuente: Elaboración propia.

El Cuadro 5.13 muestra los resultados ordenados de forma ascendente de la

resistencia a la compresión del concreto de 120 probetas ensayadas en el Laboratorio

de Ensayo de Materiales. Este cuadro también muestra la velocidad de onda para

cada probeta.



Cuadro 5.13 Resultados de 120 probetas de la velocidad de onda y su resistencia a compresión .

...

ID V f'c ID V -1 3349 271 61 4081 2 3633 233 62 4082 -3 3643 209 63 4083 4 3684 194 64 4083 ··- -S 3739 156 65 4090 6 3788 155 66 4094 ..

7 3789 177 67 4101 -· ..

8 3790 186 68 4101 -9 3805 162 69 4113 11 3829 228 71 4121 .. 12 3834 177 72 4127 ·- ...

13 3867 175 73 4140 14 3868 183 74 4140 16 3886 132 76 4160 17 3887 103 77 4163

·-·

18 3904 206 78 4168 ..

19 3907 291 79 4173 20 3934 299 80 4187 -21 3938 273 81 4190 ... -22 3940 216 82 4193 .. 23 3940 162 83 4202 -· -24 3942 215 84 4204

·-

25 3945 149 85 4204 26 3945 207 86 4205 27 . 3970 230 87 4211 28 3970 203 88 4219 ..

29 3971 200 89 4221 30 3975 188 90 4239 ·- ·-31 3975 200 91 4277 .. -·

32 3986 154 92 4328 ·-

33 3995 193 93 4339 -34 3996 179 94 4363 -35 3997 587 95 4375 .. -· 37 4001 335 97 4403 ·- .. 38 4005 203 98 4413

-

40 4006 223 100 4419 -

43 4015 199 103 4461

44 4017 198 104 4468 - ..

45 4025 172 105 4468

46 4025 157 106 4469 ...

47 4029 184 107 4484 -

48 4041 216 108 4492 .. 49 4044 176 109 4497

so 4048 242 110 4505 - -51 4051 258 111 4506

52 4053 197 112 4514 -·

53 4057 195 113 4546

54 4059 200 114 4568

55 4060 272 115 4581

56 4060 222 116 4595

57 4060 512 117 4597

58 4068 202 118 4618

59 4073 534 119 4625

60 4076 315 120 4638 ·-

Fuente: Elaboración propia.


re 212 261 200 159 181 164 332 176 277 258 302 323 226 235 228 294 216 264 224 466 228 248 254 249 201 291 257 252 309 441 329 293 579 264 324 428 484

548

308 481 599 498 "481 538 173 538 539 492 587 543 577 257 525 579

107

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierfa Civil CAPITULO V.RESULTADOS


Se determinó el módulo de Young/ Poisson con la Norma ASTM C-469 y con el

método de ULTRASONIDO.

De acuerdo a ASTM C-469, se deberá conocer la fuerza de rotura del concreto, para

ello se comprimieron dos (02) probetas, obteniendo una resistencia de compresión de

rotura de 44,500kg/cm2 y se prosiguió a la determinación de las deformaciones

lineales y rotacionales de otras dos (02) probetas de concreto del mismo vaciado. Se

realizó el cálculo de la Elasticidad con la norma ASTM y con ULTRASONIDO,

obteniendo los resultados del Cuadro 5.14 y Cuadro 5.15 para cada una de las

probetas.

Cuadro 5.14. Módulo de Elasticidad del concreto con ASTM C-469 y ULTRASONIDO probeta 1. '

E= 18.83 kN/mm2 CALCULADO MÉTODO

CONASTM C ESTATICO

u= 0.23 469

E= 22.000 kN/mm2 CALCULADO MÉTODO

No se puede CON ESTATICO

J.J= determinar ULTRASONIDO .,

Fuente: Elaborac1on propia.

Cuadro 5.15. Módulo de Elasticidad del concreto con ASTM C-469 y ULTRASONIDO, probeta 2.

E= 18.87 kN/mm2 CALCULADO

CONASTM C

u= 0.20 469

E= 20.000 kN/mm2 CALCULADO

No se puede CON

J.J= determinar ULTRASONIDO .,

Fuente: Elaborac1on prop1a.


MÉTODO

ESTATICO

MÉTODO

ESTATICO

108

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierfa Civil

CAPÍTULO VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS

CAPITULO VLANALISIS DE RESULTADOS

La humedad es un factor que altera los resultados de realizar la prueba con el Equipo

V-Meter MK IV. Recordar que estas ondas generadas por ser generadas

mecánicamente no se transmiten a través del vacío, por lo que buscan otros caminos

para poder propagarse lo que tomas más tiempo. El agua al llenar los intersticios del

concreto disminuye la cantidad de vacíos con lo cual mejora las condiciones para la

propagación de los pulsos ultrasónicos.

6.1. HOMOGENEIDAD DEL CONCRETO

Los resultados de la Figura 5.1, muestran el comportamiento de la velocidad en el

cuerpo de los muros, se puede notar ligeros cambios en los colores. En el caso del

Muro 1 (azul=29.4%, cyan=46.3% y verde=24.3%), el 75% del muro tienen las

velocidades de medias-altas (colores azul y cian), sin embargo en el Muro 2

(azul=3.7%, cyan=33.9% y verde=62.4%) existe un 96% de zonas con velocidades

de medias a bajas (colores cian y verde).

En lo relativo a las columnas analizadas se podrá notar que el comportamiento de la

onda en las zonas baja, media y alta están en ambos casos son similares y mantienen

el mismo comportamiento. En lo que respecta a la zona baja existe una notable

perdida de la velocidad con respecto a las zonas medias y altas.


Es posible determinar y ubicar cangrejeras, tal como se ve en los resultados de la

Figura 5.3, donde se muestra que la velocidad de onda tiende a disminuir al ir

aumentando progresivamente los diámetros de las perforaciones.

En el caso del CUBO 1 la merma en la velocidad de la onda cuando estuvo sin hueco

y con perforaciones de 3" fue del -6.23 %. De igual forma en los CUBOS 2 y 3 la

variación de la velocidad de la onda fue de -6.9% y -9.83% respectivamente. Con una

reducción promedio de la velocidad de la onda de -7.65%.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO VI.ANALISIS DE RESULTADOS

Sin embargo, con los transductores operando a una frecuencia de 54kHz, todavía no

se pueden ubicar zonas con cangrejeras muy pequeñas. En el Cuadro 6.1 se indican

las dimensiones mínimas de cangrejeras en estructuras de concreto con velocidades

en la vecindad desde 2000 a 5000m/s, para que sean detectables por el equipo V

Meter MK IV, el cual opera con dos transductores a una frecuencia de 54kHz.

Cuadro 6.1 Longitudes mínimas de las cangrejeras para que sean detectados con ultrasonido.

Velocidad del concreto (m/s) en la

Vecindad de la Cangrejera 2000 3000 4000 5000

Frecuencia (kHz) de transductores 54

y= Long de Onda (mm)=

dimensión mínima de cangrejera 37.0 55.6 74.1 92.6

para ser detectable: .,

Fuente: ElaboracJOn propia.

Con fines prácticos y de acuerdo al Cuadro 5.1 una cangrejera para que sea

detectado deberá tener una dimensión mínima de 37mm para concretos con

velocidad de onda de 2000m/s.


En las primeras semanas de vaciado el concreto existe un comportamiento

ascendente de las ondas ultrasónicas y también de la resistencia a la compresión

para las tres (03) tantas de probetas realizadas tal como se puede ver en la Figura

5.4, Figura 5.5, Figura 5.6 y Figura 5.7.

La velocidad de la onda ultrasónica se comporta de la misma forma ascendente como

lo hace la resistencia del concreto en los primeros días de vaciado.


La profundidad de las grietas verticales en las VIGAS 1 y 2 medido con Vernier fueron

4.65cm y 7.95cm respectivamente, los errores al realizar esta medición aplicando

ultrasonido fue de 0.06cm y 0.29cm, porcentualmente igual a 1.36% y 3.61 %.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil CAPITULO VI.ANALISIS DE RESULTADOS

La profundidad de las grietas inclinadas en la VIGA 3 medido con Vernier fueron

4.00cm y 5.1 Ocm, los errores al realizar estas mediciones aplicando ultrasonido fue

de 0.10cm y 0.25cm, porcentualmente igual a 2.47% y 4.89%.

La profundidad de las grieta inclinada en la VIGAS 4 medido con Vernier fue 6.6cm,

el errores al realizar está medición aplicando ultrasonido fue de 0.39cm,

porcentualmente igual a 5.87%.

La versatilidad del método no destructivo de Ondas ultrasónicas es notorio ya que los

errores encontrados son en promedio igual a 3.64%. Tener en cuenta que no hay otro

método para medir la profundidad de las grietas sin afectar el elemento de concreto.


Los resultados obtenidos al intentar correlacionar la velocidad de la onda ultrasónica

con la resistencia del concreto no son favorables, el coeficiente de correlación de

R2=0.4358, de acuerdo a la Figura 5.13, es muy bajo. Se presentó una relación de

propiedades que afectan la velocidad de la onda ultrasónica en el Capítulo 1, allí se

muestra que la velocidad de la Onda depende de muchas variables las mismas que

modifican el comportamiento de la onda ultrasónica de una forma diferente a como

afectan a la resistencia del concreto. Otro aspecto importante a tener en cuenta es la

complejidad y heterogeneidad del concreto.


Los resultados obtenidos al medir el módulo de elasticidad del concreto aplicando el

método estándar ASTM C 469 y los que se obtuvieron con el método de ultrasonido,

para la probeta 1 fueron 18.83 y 22 kN/mm2 respectivamente, arrastrando un error

del14.4% en la determinación de este parámetro.

En el caso de la probeta 2 los resultados fueron 18.87 y 20 kN/mm2, con un error de

5.7%.

No se pudo medir la relación de Poisson con el método de ultrasonido ya que el equipo

V-Meter M K-IV requiere los transductores de Ondas S para poder realizar la medición

de este parámetro y del módulo de elasticidad con mayor exactitud.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil CAPITULO VIL CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CAPÍTULO VIl. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1. CONCLUSIONES

a. Homogeneidad del concreto

1. El muro 1 evaluado es dominado por los colores cyan y azul representando el

75% del área total y de igual forma el muro 2 es dominado por los colores verde

y cyan con un 96%. El muro 2 es más homogéneo que el muro 1. Las velocidades

más altas se dieron en el muro 1.

2. Las dos (02) columnas evaluadas muestran una distribución similar de la

velocidad de la onda en altura, sin embargo en la zona baja existe una notable

perdida de la velocidad, esto es provocado por la dificultad que ofrece la

armadura al momento de hacer el vaciado y por la limitada vibración que llega a

esta zona.

b. Detección de Cangrejeras

3. La velocidad de la onda varía ante la presencia de oquedades o perturbaciones.

Las dimensiones mínimas de las cangrejeras para que sean detectables en un

concreto de 2000, 3000, 4000 y 5000 mis serán de 3.70, 5.56, 7.41 y 9.26cm

respectivamente.

4. Las perforaciones de 3"(76.2mm) en concretos con velocidades de 3000-

4000m/s redujeron la velocidad de la onda en 7.65% en promedio en 03 cubos

de concreto de acuerdo al Cuadro 5.7, Cuadro 5.8 y Cuadro 5.9.

c. Variaciones en el tiempo

5. El comportamiento de la velocidad de la onda ultrasónica en el concreto se

monitoreó realizando pruebas periódicas en el mismo lugar o elemento. La

variación porcentual al monitorear 03 tandas de concreto entre los 7 y 14 días

después del vaciado fue de +2.92% y entre los 7 y 21 días fue de +5.32%. Esta

variación se debe al incremento de la resistencia del concreto, lo que demuestra

la relación directamente proporcional entre la velocidad de la onda ultrasónica y

la resistencia del concreto.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo M ore no del Aguila 112

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPI1ULO VIl. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

d. Profundidad de Grietas

6. La determinación de la profundidad de las grietas verticales e inclinadas

utilizando el método de ultrasonido fue con un error absoluto promedio de 3.64%

en las pruebas realizadas.

e. Resistencia del Concreto 7. No se ha podido determinar con gran existo la resistencia del concreto a partir de

la velocidad de la onda. El nivel de correlación del método de ultrasonido y la

resistencia del concreto fue de R2=0.4358.

f. Módulo de Young 1 Poisson 8. Los errores porcentuales al estimar el módulo de elasticidad del concreto con el

método de ultrasonido aplicando ondas P de compresión (primarias) y el método

estándar ASTM e 469 en dos (02) tandas de concreto fueron de +16.8% y

+6.00%. Estos resultados no garantizan la idoneidad de utilizar ondas P para

estimar el módulo de elasticidad.

7.2. RECOMENDACIONES

1. Se recomienda adquirir transductores de ondas S con la finalidad de realizar

pruebas para estimar el módulo de Elasticidad y el coeficiente de Poisson.

2. Se recomienda realizar estudios complementarios con el fin de plantear rangos

de homogeneidad del concreto teniendo como parámetro la velocidad de la onda.

3. Deberá tomarse en cuenta las condiciones de humedad del concreto cuando se

realicen pruebas. Los valores de la velocidad de onda aumentan con la presencia

de agua, lo que llevaría a no representar la velocidad de la onda del concreto en

condiciones normales o secas. La influencia de la humedad en la velocidad de la

onda no será la misma en todos los elementos de concreto, esta influencia se ve

limitada por la cantidad de poros (los que se llenarían de agua) del concreto.

4. El acoplante que viene con el Equipo V-Meter MK-IV no se comercializa en el

mercado nacional, se recomienda utilizar Vick Vaporup ya que dio buenos

resultados en las pruebas. También se utilizó pasta dental, pero los resultados


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenieria Civil CAPITULO VIl. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

mostraron que no es un buen acoplante, tiende a humedecer y a pegarse en la

parte superficial del concreto ensayado lo que alteraría los resultados.

5. Se recomienda que las pruebas ya sean de campo o laboratorio se realicen en

un ambiente tranquilo y libre de ruidos fuertes y vibraciones con el objetivo de no

alterar las mediciones con el equipo V-Meter MK-IV.

6. Se recomienda utilizar el detector de acero cuando se realicen pruebas en

estructuras de concreto armado, realizar las mediciones de ser posible en zonas

donde no exista acero de refuerzo.

7. Se recomienda realizar las calibraciones de los transductores cada vez que se

encienda, después de un receso prolongado y cuando el equipo lo indiqué.

8. Cuando se realicen mediciones con el V-Meter MK-IV, deberán tomarse los

valorespromedios de un mínimo de 5 mediciones.

9. Se recomienda adquirir transductores que operen a mayor frecuencia, ya que

solo se tiene disponible los de 54kHz, esto permitirá evaluar y detectar

cangrejeras más pequeñas.



BIBLIOGRÁFIA

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IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILIZANDO EL EQUIPO V-Meter MK IV Bach. Pedro Erdulfo M ore no del Aguila 116

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ANEXOS


ANEXOS

118

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil ANEXO: MANUAL DE OPERADOR Y APLICACIONES

MANUAL DE OPERADOR y APLICACIONES

V-METER MK IV, EQUIPO UL TRASONICO

El V-Meter Mark IV, de la marca James lnstruments, es un instrumento para

calcular la velocidad del pulso ultrasónico derivado de la medición del tiempo de

transito de los pulsos ultrasónicos. Diseñado para determinar la calidad del

concreto, madera y otros materiales de grano grueso; tanto en campo como en

laboratorio. Utiliza ráfagas o pulsos de ondas las que se propagan a través del

elemento de prueba en un rango de frecuencias determinado por los transductores

(54kHz), de allí el término "ultrasónico".

El V-Meter incorpora un microprocesador avanzado y lo mejor del estado de arte

de la electrónica, por lo que es un instrumento durable y conveniente que captura

datos fiables, tanto en un entorno de laboratorio o en campo (in situ). Además,

este sistema está equipado para analizar la respuesta de la onda S (transductores

de ondas de corte o S son opcionales) complementándose con los transductores

que vienen de fábrica para estudiar ondas P, calculando así el coeficiente de

Poisson a un alto nivel de precisión.

Alimentado por una batería recargable, la V-Meter ha sido diseñada tiendo en

cuenta todas las consideraciones de trabajo. Es totalmente portátil, fácil de operar

y precisa. Genera pulsos ultrasónicos de baja frecuencia, y mide el tiempo

necesario para que se desplazan de un transductor a la otra a través del material

ensayado. El tiempo se mide por un reloj de 1 O M Hz, proporcionando una

capacidad de medición de O a 6,5 milisegundos con una resolución de 100

nanosegundos.

APLICACIONES

);;> Homogeneidad del concreto

);;> Presencia de cangrejeras, grietas u otras imperfecciones como zonas

porosas, zonas en descomposición y rajaduras.

);;> Valoración y/o monitoreo de la variación del concreto y madera al

transcurrir el tiempo, antes y después de eventos extremos como ataques

químicos, incendios, temblores y sismos.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierfa Civil ANEXO: MANUAL DE OPERADOR Y APLICACIONES

~ Validación de la calidad del concreto y madera en relación a las

especificaciones técnicas.

~ Estimación de la resistencia

~ Determinación de la profundidad de las grietas

~ Calculo del módulo de Young

CARACTERISTICAS

Control remoto, a través del software Velocilinx el equipo V-Meter

MK IV puede ser usado con una PC.

Medición directa de ondas P, complementariamente se puede

comprar transductores de ondas S.

Medición y lectura directa del módulo de Young de Elasticidad (E).

Medición y lectura directa de la relación de Poisson (u)

Medición directa del tiempo de transito de las ondas ultrasónicas

Simple calibración, no requiere de barra de calibración

Portátil, ligera y con batería AC recargable

Cable USB para descarga de información a la computadora

Señal y activador de salida

Maletín y carcasa robustos y resistentes

Batería interna recargable con ion de litio

Display de la forma de la onda en la pantalla LCD

PARTES Y ACCESORIOS DEL EQUIPO

Cada equipo V-Mete Mk IV viene de fábrica con lo siguiente, tal como se muestra

en la Figura A:



Figura A. Contenido del V- Meter MK IV de Fábrica. Fuente: Manual de usuario del Fabricante.

1. CD - software: CD que contiene el programa que permite subir la

información a la PC.

2. V-Meter: Equipo probador de velocidad de pulso ultrasónico. Está dentro

de una caja protectora duradera.

3. AC 1 cable de Alimentación/Poder: Es un cable eléctrico que sirve para

conectar la V-Meter a la red de suministro eléctrico a través de

un enchufe o conectándose a un alargador eléctrico. Se caracteriza porque

forma una conexión temporal, fácil de desconectar y volver a reconectar

en cualquier otro punto.

4. Dos transductores (54kHz): Elementos piezoeléctricos de cerámica

robusta de plomo zirconato titanato montados en cajas de acero inoxidable

diseñados para proporcionar una transmisión acústica altamente eficiente.

5. Tubo de Gel Acoplante: Se utiliza en materiales de concreto o de otro tipo

que tengan superficies lisas, el uso de este gel pastoso permite asegurar

el acoplamiento acústico adecuado. El equipo vino con dos tubos de gel,

cuando se terminaron fueron sustituidos por pasta dental.


UNIVERSIDAD NACIONAl DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil ANEXO: MANUAL DE OPERADOR Y APLICACIONES

6. Adaptador coaxial a cable adaptador: este adaptador conecta al botón

del receptor con el cable coaxial del transductor.

7. Certificado de Calibración: certificado que garantiza que el instrumento

ha sido calibrado antes de salir de fábrica, el equipo ultrasónico deberá

cumplir o exceder las especificaciones publicadas.

8. Dos Cables Coaxiales de transductores: Se utiliza para conectar los

transductores estándar con la V-Meter.

9. Correa de Soporte: Se utiliza para fijar la V-Meter al operador durante la

prueba. Es muy útil para el trabajo en altura.

1 O. Cable Rec Connector: Se utiliza para conectar el transductor con el botón

interruptor a la V-Meter.

11. Case: Se utiliza para guardar a la V-Meter y accesorios. Permite

transportar el equipo con mayor facilidad.

12. Cable USB: Se utiliza para conectar el V-Meter a una PC, previo a ello

deberá instalarse el software incluido en el CD. Deberá tenerse mucho

cuidado con la selección del Puerto COM, es importante que el número de

Puerto COM que se elija coincida con el que se generó en el sistema

operativo de la computadora durante la instalación.



VISIÓN GENERAL del V-Meter

El siguiente es un resumen de todas las características externas del V-Meter.

En la Figura B se muestran todas las características del V-Meter.

o ---~---~---------¡ ¡

0 -~~=/•/'11 -~-~J

~-···"//1-·"·----~--·- 0

Figura B Visión general del V-Meter MK IV Fuente: Manual de usuario del Fabricante.

1 Ose Trig: medición del tiempo cuando se utilizada osciloscopio externos.

2 Trans: Salida BNC, conector para el transductor transmisor

3 Panel de control- Panel de control del V-Meter

4 Display: 320 x 240 pixel, pantalla retroalimentada

5 Ose: Salida BNC conector para osciloscopio externo con botón interruptor

6 Rec: conector del cable del transductor receptor con botón interruptor

7 USB: para conexión USB con la PC.



8 Charger: para conectar al punto de alimentación eléctrica

**Para describir el equipo V Meter, utilizaremos los mismos términos que aparecen

en el equipo, a pesar de que no tengan ningún sentido. Esto facilitará a cualquier

persona poder encontrar fácilmente las conexiones y entradas.

En lo que sigue, el OPERADOR de este equipo deberá familiarizarse con 2

TRANS, 6 REC, 7 USB y 8 CHARGER, que son los conectores que más se

utilizaran.

PANEL DE CONTROL

En la Figura e aparecen en el James lnstruments V-Meter. El instrumento es

controlado por las teclas del panel frontal que permite al usuario navegar por los

menús del sistema.

"""t"'J

@) 't!-li>i'll

®

@] @

Figura C Panel de control del V-Meter.

V-Meter MKIV

Fuente: Manual de usuario del Fabricante.


125


A continuación se describe las funciones de los botones del V-Meter

@) m m El El

Botan de Poder: se utiliza para encender y apagar el instrumento de

ensayo

Flecha hacia arriba: usado para desplazarse hacia arriba en los

menus.

Flecha hacia abajo: usado para desplazarse hacia abajo en los

menus.

Flecha hacia la izquierda: usado para desplazarse hacia la izquierda

en los menus.

Flecha hacia la derecha: usado para desplazarse hacia la izquierda en los menus.

Enter, utilizado para seleccionar el menú y aceptar los valores mostrados.

ESC, utilizado para salir y cancelar una selección o función.

Botón de luz, enciende o apaga una luz de fondo para el display.

PANTALLAS DEL INSTRUMENTO

Menú de prueba

Cuando el V-meter se enciende, el Menú de prueba (ver Figura O) aparece en la

pantalla display, esto permite al usuario realizar las pruebas inmediatamente sin

pasar por el menú principal. Nota: para ir al Menú Principal del V-Meter, presionar

el botón Escapar una vez.



TEST ·MENU HV ·--o-fl o .·OFF 3_ PULSE 1 . 6 $!C @~TEST

() :o~o. NOT 69S SAVIE Q1N SHO'W P~CTU.RE

:9~ P~ViEL·O~CI:TY

MEAS,URtN·G 40000 fls P-D~:~STAN~CE

r0=, 18ATT!E RY = 1 00'0k 10-- .L31iTE!S. Bli1-Sj>rur;r;ern~r, 01/(l',t,rW (! 1 :07':{)'i i?M

Figura D Menú de Prueba Fuente: Manual de usuario del Fabricante.

1 Muestra si el equipo está detenido o realizando una prueba y le permite elegir el

número de pulsos enviados, así como la frecuencia de la prueba. Al pulsar "-"

cambia la frecuencia de los impulsos, la tecla "~" cambia el número de pulsos por

secuencia. Al pulsar Enter se ejecuta y se detiene la prueba.

2 Muestra el número de prueba y si la prueba se guarda o no. Al presionar .. _ .. en

ON se permite que los resultados de la prueba se guarden y cuando está en OFF

apretando en "~" los resultados de la prueba no se guardan. Cuando la opción

SAVE ON aparece en la pantalla de todas las pruebas realizadas se guardan

automáticamente en la memoria.

3 Muestra el comportamiento de la señal ultrasónica cuando la opción está

activada. Al presionar .. _ .. cambia para mostrar la IMAGEN del comportamiento

de la Onda y presionando"~" cambia para NO MOSTRAR IMAGEN.

4 Muestra P-Distance (distancia de la trayectoria) o el P-Velocity (velocidad de

pulso). Al presionar .. _ .. o "~" se selecciona entre P-DISTANCIA y P

VELOCIDAD. Esta opción permite al operador medir la distancia entre los

transductores suponiendo un valor de la distancia o de la velocidad. Al pulsar la

tecla lntro, este menú permite al operador inicializar el valor de distancia o

velocidad, independientemente de la variable seleccionada para la medición. El

sistema de la computadora, entonces corre algunos ciclos para medir el tiempo, y



ANEXO: MANUAL DE OPERADOR Y APLICACIONES

calcula la otra variable. Para nuestro interés en todas las pruebas utilizaremos P

Velocity para ello ingresaremos la distancia entre los transductores.

5 Muestra el porcentaje de batería disponible

6 Muestra la fecha y hora

7 Muestra el voltaje de los pulsos. Las letras HV (High Voltage/ Alto Voltaje) o LV

(Low Voltage/ Bajo Voltaje), esto permite seleccionar los niveles de voltaje de los

pulsos. Se recomienda utilizar HV para la mayoría de los casos excepto cuando

los especímenes de las muestras tengan dimensiones menores a 2" (5cm). El nivel

del Voltaje puede ser modificado en el Menú Setup (Menú Configuración).

FRECUENCIA DE LOS PULSOS DE LOS TRANSDUCTORES

Cuanto mayor sea la frecuencia de impulsos del transductor, más estrecho será

el haz o espectro de propagación de los pulsos, pero mayor será la atenuación (o

amortiguación) de las vibraciones de pulso.

La frecuencia de pulso utilizado para las pruebas de concreto o madera es mucho

menor que el utilizado en las pruebas en los metales. Pruebas en metales

requieren pulsos de alta frecuencia para proporcionar un haz estrecho de energía,

pero esas frecuencias no son adecuadas para su uso con materiales

heterogéneos con partículas de cuarzo debido a la considerable cantidad de

atenuación a los que se someten los pulsos cuando pasan a través de estos

materiales.

Las frecuencias adecuadas para materiales heterogéneos van desde alrededor de

20 kHz a 250 kHz. Estas frecuencias corresponden a longitudes de onda que

varían desde aproximadamente 8 pulgadas (para la frecuencia más baja) hasta

aproximadamente 0,6 pulgadas en la frecuencia más alta. Para las pruebas de

campo en estructuras de concreto 50 kHz es la frecuencia más utilizada.

PULSOS y FRECUENCIA

Esto se puede modificar dependiendo de qué material está siendo ensayado.

Normalmente tres pulsos cada cuatro segundos son adecuados para las pruebas

de concreto y madera. Un solo pulso es normalmente suficiente para la cerámica

y materiales de grano fino. Frecuencias más largas son útiles para materiales muy



densos. Mayor número de pulsos por lectura es mejor para materiales más

porosos (concreto con agregados grandes, madera severamente descompuesta).

Para cambiar la frecuencia del pulso y la frecuencia:

Utilizando las teclas Flecha Hacia Arriba o Abajo y desplácese a Test Menú y pulse

Entrar.

Pulsando Flecha a la Izquierda puede cambiar el número de impulsos por

secuencia. Opciones de pulso disponible son (1, 3, 1 0).

Pulsando Flecha a la Derecha se puede cambiar la frecuencia. Las frecuencias

disponibles son (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 segundos, y manual. Esta frecuencia

significa el intervalo de tiempo en el que se generan los pulsos.

Pulsando ENTER se arranca o detiene la prueba.

INICIAR O DETENR UNA PRUEBA

Para iniciar/detener una prueba:

1. Conecte el instrumento V-Meter a los transductores usando el cable del

transductor correspondiente suministrado por el fabricante. Asegúrese de que

cada transductor está bien conectado y que está fijado en el lugar adecuado en el

Instrumento V-Meter y que cada transductor está firmemente instalado en su

conector.

2. Aplique acoplante en cada cara de los transductores, asegurándose de que toda

la superficie del transductor está cubierto adecuadamente.

3. Utilizando las teclas, desplácese a Test Menú y pulse Entrar.

4. Acoplar los transductores a la superficie del material y pulse ENTER p presionar

el botón Verde del transductor receptor.

5. A medida que cada serie de pulsos pasa desde el transductor hasta el

transductor receptor aparece la señal ultrasónica en la pantalla.

6. Pulse lntro o el botón verde del transductor receptor para detener la prueba. Si

no se recibe el impulso transmitido, o cuando los transductores son retirados del

elemento de la prueba, la pantalla mostrará el mensaje "NO SIGNAL"


UNIVERSiDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil ANEXO: MANUAL DE OPERADOR Y APLICACIONES

MENÚ SETUP O DE CONFIGURACIÓN

El menú de configuración, ver Figura E, se utiliza para configurar el aumento del

amplificador, la resolución de las imágenes, el voltaje de los impulsos, calibrar los

transductores y establecer la densidad de los materiales.

¡Q~.::

6 P~!C.T'URE :RATE: 2~0 mHz 1@) PuL$ re :R. ·v ~otrA ~G ·E: H ,, G iH e ~CAL~B TiRA'N.S.DUCIE:RS 10~~ .. SET' D·ENS'ITY'

1()---, BA'TT:ERY 1t) .~' ......__J'r'-".rm_-. r:-~-z:_, _n_.ro_::z._~~'-·lil_rr:_~t'_n_tr._. ___ o_1 ~-·{,_r_.n_-t:~_. __ o_-' ... -_o _l :_o ... "'l_P_,,r_.,.,,_..,

Figura E Menú de Configuración. Fuente: Manual de usuario del Fabricante.

1 Muestra el nivel del amplificador. Al presionar 11--+

11 aumenta el nivel del

amplificador y presionando ~~~~~ disminuye. Los siguientes niveles de los

amplificadores están disponibles (1, 5, 1 O, 25, 50, 100, 250, 500). El nivel de 500

se recomienda con el fin de maximizar la cantidad de energía proporcionada por

el instrumento. En caso en que la amplitud de la onda o energía de las ondas tiene

que ser controlada, la ganancia o nivel del amplificador se puede establecer por

parte del usuario, por lo general se selecciona la ganancia máxima que permite la

visualización de la amplitud máxima de la señal en la pantalla. Se evitará interferir

la señal cuando se controla la amplitud de onda.

2 Muestra la imagen Rate. Al presionar 11--+

11 aumenta la tasa de imagen y pulsando

~~~~~ disminuye la tasa de imagen. Las siguientes frecuencias de imagen están

disponibles (250kHz, 500kHz, 1.0MHz, 2.0MHz). El usuario puede seleccionar la

calidad de la imagen.



3 Muestra el voltaje del generador de impulsos. Al presionar"-+" cambia el voltaje

de impulsos a HV, presionando "+--" cambia el voltaje de impulsos a LV. HV es el

valor predeterminado para el voltaje de los impulsos. Se recomienda utilizar alto

para la mayoría de los casos excepto cuando se analiza muestras de menos de 2

"(5 cm) de espesor.

4 Permite al usuario calibrar el sistema. Presionando Enter calibra el sistema para

el tipo de transductores y cables que van a ser utilizados. Para hacerlo, hay que

colocar los transductores en contacto utilizando agente de acoplamiento y luego

presione INTRO y esperar que en pantalla se visualice "CALIBRATION IS DONE"

lo que indica que la calibración fue realizada correctamente. Cuando no se

obtenga este resultado se recomienda utilizar más acoplante y reiniciar la

Calibración.

5 Permite al usuario ajustar la densidad. Al pulsar ENTER en la opción SET

DENSITY, se puede ajustar la densidad. La densidad se utiliza en el cálculo del

módulo de Young. El valor recomendado para el hormigón normal es de 2400 kg

1 m3 ó 150 lbs 1 ft3. Esto también se puede acceder desde la E /IJ Menú.

6 Muestra la vida actual de la batería en porcentaje.

7 Muestra la fecha y hora.

PANTALLA DE CALIBRACIÓN

Con el fin de calibrar el instrumento para un conjunto dado de transductores y

cables, es necesario determinar el tiempo mínimo para que el pulso sea detectado

por el receptor, el cual debe ser cercano a cero o cero. Ver Figura F donde se

muestra la pantalla de calibración.

Nota: No se requieren realizar calibraciones adicionales después de la calibración

inicial, a menos que se cambien los transductores y cables. El sistema tiene una

lectura para cada valor de los niveles del amplificador y guarda el resultado como

un desplazamiento que se debe restar de todas las lecturas futuras.


UNIVERSIDAD NACIONAl DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil ANEXO: MANUAL DE OPERADOR Y APLICACIONES

---- CALIBRATION ----AMPLfPf'cR <SAIN: 100

PLACE TRANSDUCERS IN CONTACT

PRESS ...-l KEY TIME: 1.2 usecs.

BATTERY = 100% Ja:n~t. lnttrult.1•H'lh. .(:,110?1'1<:) I'J!·l:)t (l..a NJ

Figura F Menú de Calibración. Fuente: Manual de usuario del Fabricante.

Se accede a la pantalla de calibración en el Menú Configuración.

PANTALLA DE AJUSTE DENSIDAD

La densidad se utiliza en el cálculo del módulo de Young. El valor recomendado

para el concreto normal es de 2400 kg 1 m3 ó 150 lbs 1 ft3. También se puede

acceder desde la E /IJ Menú.

MENÚ REVISION DE ENSAYOS REALIZADOS (REVIEW MENU)

El menú para revisión se utiliza para revisar los resultados de las pruebas y

obtener información detallada acerca de la prueba.

MENÚ DEL SISTEMA (SYSTEM MENU)

El menú del sistema se utiliza para cambiar el color de la pantalla, elegir el idioma,

las unidades, la hora y la fecha, y los niveles de la batería. Cualquier dato

guardado también se puede borrar desde este menú.

MENÚ DE DESCARGA DE INFORMACIÓN (UPLOAD MENU SCREEN)

El software para PC que ha sido desarrollado para el V-Meter es para propósitos

de descarga de datos, ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia ..

El V-Meter tiene la capacidad de transferir los datos guardados en la memoria V

Meter a un PC mediante un cable USB e instalando el programa que se encuentra

en el CD suministrado.


UNIVERSIDAD NACIONAl DE INGENIERIA Facultad de lngenieria Civil ANEXO: MANUAL DE OPERADOR Y APLICACIONES

·~·

UPLOAiO ,ALiL TE,STS -= ="'" R, U N' :C, O 1M r· 1E, S T'

Figura G. Menú de descarga de data Fuente: Manual de usuario del Fabricante.

POSICION DE LOS TRANSDUCTORES

El transductor receptor detecta la llegada de ese componente del pulso, que llega

antes que los demás. Aunque la dirección en la cual se propaga la mayor cantidad

de energía es en ángulo recto a la cara del transductor transmisor, sin embargo

es posible detectar pulsos, que han viajado a través del concreto en alguna otra

dirección. Es posible, por lo tanto, para realizar mediciones de la velocidad de la

onda mediante la colocación de los dos transductores, en las siguientes

posiciones:

)' Transductores en lados opuestos (transmisión directa)

)' Transductores en lados adyacentes (transmisión semi-directa)

)' Transductores en el mismo lado (transmisión indirecta o de superficie)


135


o

o Transmisión

Directa

o Transmisión Semi-directa

o o

Transmisión Indirecta

F1gura G. Posición de los Transductores: directa, semt directa e 1nd1recta. Fuente: Manual de usuario del Fabricante.

Transmisión directa

Donde sea posible la disposición de transmisión directa debe ser usada ya que la

transferencia de energía entre los transductores es máxima, con lo cual la

exactitud para determinar la velocidad de la onda se regirá principalmente por la

exactitud de la medición de la longitud de la trayectoria (distancia entre las dos

caras). El gel de acoplamiento utilizado debe untarse lo más homogéneo posible

para evitar efectos finales resultantes de las diferentes velocidades entre

acoplante y concreto.

Transmisión semi-directa

La disposición de transmisión semi-directa tiene una sensibilidad intermedia entre

las de los otros dos disposiciones y, aunque puede haber alguna reducción en la

precisión de la medición de la longitud del camino, en general se encontró que es

suficiente tomar la distancia medida de centro a centro de las caras de los

transductores.

Transmisión indirecta

La transmisión indirecta, se debe usar sólo cuando una cara del concreto es

accesible, cuando se va a determinar la profundidad de una grieta superficial o

cuando la calidad de la superficie de concreto relativa a la calidad total es de

interés.

Es el menos sensible de los arreglos y, para una longitud de camino dado, produce

en el transductor de recepción una señal que tiene una amplitud de sólo alrededor

del 2% al 3% de la producida por transmisión directa. Además, esta disposición

proporciona las velocidades de pulso que suelen estar influidas por el concreto



superficial. Esta región es a menudo de composición diferente a la del concreto

dentro del cuerpo de una unidad y los resultados de la prueba pueden ser no

representativos. La velocidad indirecta es invariablemente menor que la velocidad

directa sobre el mismo elemento de concreto.



APLICACIONES UTILIZANDO EL V-METER MK IV

Medición de la velocidad de la ONDA ultrasónica

Para llevar a cabo esta prueba debe tenerse mucho cuidado en medir la distancia

entre los transductores.

Es muy sencillo realizar este ensayo.

1. Instalar los transductores con los correspondientes cables, cada

transductor tiene su cable (difícil equivocarse), al equipo.

2. Encender y en el Menú Setup 0fer Figura H):

Figura H Función Amplifier Gain del Menú de Configuración. Fuente: Elaboración propia.

2.1. Posicionarse en Amplifier Gain y con la Flecha Derecha subir hasta

500.

2.2. Posicionarse en Picture Rate y con la Flecha Derecha subir hasta

2M Hz

2.3. Ingresar a "CALIB TRANSDUCERS" y poner en la superficie de cada

transductor el Acoplante y juntarlos para dar ENTER e iniciar la

calibración. Se escucharán unos chasquidos o golpes y en el display

del equipo el tiempo irá disminuyendo hasta finalmente obtener

"CALIBRATION IS DONE", si no fuera así, utilizar una mayor

cantidad de acoplante esparcido uniformemente en la superficie de

los transductores y realizar nuevamente la Calibración.



3. Ir al TEST MENU (ver Figura 1):

Figura 1 Menú de prueba Fuente: Elaboración propia.

3.1. En el primer menú, presionando Flecha izquierda, poner "1 PULSE"

y presionando flecha derecha poner en "Manual".

3.2. En el segundo menú "TEST', presionar Flecha Derecha para que

aparezca "SAVE ON", esto permitirá que los resultados y gráficos de

las pruebas se guarden.

3.3. En el tercer Menú, con la Flecha Derecha configurar "Show Picture",

lo que permite visualizar la forma de la onda en el Display cuando se

realice la prueba.

3.4. Finalmente, en el cuarto Menú, dar ENTER y en la nueva ventana

ingresar la distancia entre los transductores. Utilizar ESC para

regresar al Test Menú.

4. Cuando los transductores se encuentren acoplados en el elemento de

prueba con suficiente GEL ACOPLANTE dar ENTER y automáticamente

se escuchará el chasquido o sonido que genera los pulsos ultrasónicos.

5. Visualizar la imagen del comportamiento de la ONDA y anotar la velocidad

de la onda, la misma que se visualiza en la parte superior derecha de los

resultados, tal como se puede ver en la figura líneas abajo.



6. Repetir la prueba en el mismo lugar 3 a 5 veces, esto garantizará que los

resultados obtenidos son convergentes a un mismo valor.

7. El operador podrá optar por utilizar el promedio de los valores obtenidos o

el valor que más veces se repitió durante las pruebas en cada lugar.

Figura J Resultados de un ensayo.

Fuente: Elaboración propia.

Tener bastante cuidado cuando se realiza la prueba, los transductores deberán

permanecer quietos, un leve movimiento altera los resultados, la Figura J es un

resultado típico de un ensayo utilizando el V-Meter MK IV en un elemento de

concreto.



Medición de la profundidad de la Grieta

Realizar la prueba de acuerdo al manual de usuario del fabricante y a la norma BS

EN 12504-4 (2004). Ensayos en Concreto. Determinación de la velocidad de

pulsos ultrasónicos.

Se deberá ubicar los Transductores en puntos equidistantes de la grieta a una

distancia "X", de acuerdo a la imagen líneas abajo y se medirá el Tiempo (T1) de

transito de la onda ultrasónica, Ver Figura K.

Realizar la medición del tiempo T2, cuando los transductores se ubican a "2 X" de

la grieta.

Aplicar la Formula y calcular la profundidad de la grieta "C".

En caso, no se pueda resolver la raíz cuadrada el OPERADOR experimentado

podrá aumentar o disminuir el valor "X" hasta obtener resultados reales.

Figura K. Esquema para realizar la determinación de la profundidad de las grietas. Fuente: Manual de usuario del fabricante.

Para determinar el tiempo de transito de la onda en las dos posiciones:

Realizar el procedimiento PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE LA ONDA hasta el

punto 5. No es necesario realizar el paso 3.4 en cuanto lo que se requiere en este

caso es el Tiempo de transito de la onda ultrasónica y no la velocidad, por lo que

no se requiere ingresar la distancia entre las caras de los transductores.

Como se darán cuenta, la medición se realiza en transmisión semi-directa.

IMPLEMENTACIÓN DEL ENSAYONOOESTRUCll~lC:tDE ULTRASONIDO PARA EVALUAR ESTRUCTURAS DE CONCRETO UTILmt.l!IDO EL EQUIPO V-Meter MKW Bach. Pedro Erdulfo Moreno del Aguila 141


Medición del Módulo de Elasticidad

Es necesario conocer previamente la densidad del concreto que será materia de

prueba.

Se realizará el mismo procedimiento PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE LA

ONDA, y deberá ingresar en el paso 2. Setup Menú, la densidad del concreto.

Para esto posicionarse en Set Density y dar ENTER. En la nueva pantalla ingresar

el valor de la densidad del concreto y continuar con el procedimiento PARA MEDIR

LA VELOCIDAD DE LA ONDA.

Para visualizar el módulo de Elasticidad, en el Menú Principal (Main Menú)

ubicarse en E /IJ Menú Screen y dar ENTER, en la Figura L se muestra el menú

de los parámetros de la elasticidad del concreto.

iE-c ._··_~-,-¡. ·~t--· • '1-.~ 1~ .--. ~· ¡1 ¡11' ~·

IP' ~\f 1E. :l 0 1 ~c.~- T Y fls-- - ~ =~ •• WA-VE ·ry;•E· -$\p.• · - . . . -·- r, • . .

¡6i¡¡ e· E--' ·¡·N-, -s·--::. 111 T--.--. ·y_-_, 'Ql-- ¡,.: - , _ __._,m!: ;J

,¡;tr ·o·,-·· E- R: ___ ' ~---~- v· ·. re••••-·- .-D--· · '~ 1 l 1 . '; t ' • 1- 1 '-- 1_____ -' ._. -· :~ ·---

lE --· 10!.0 10'E+6 lE,~· 'R-:-! i'R::-: 10": i IR:. '' .ji '· !lli ~ l_l i il' se·'

-- : ... - ~- <__·_: t· ·< ·~· dF-'!' ) 1 ' •. •.

B.A.T'TIEIRV

Figura L. Menú parámetros de Elasticidad. Fuente: Manual de usuario del fabricante.

1 TIPO DE ONDA- Al pulsar"--+" o"~" cambia el tipo de onda. El sistema

permite la selección de ondas de compresión (P) y transversales (S), para

ello deberá contarse con transductores que trabajen con este tipo de

ondas. El sistema no puede detectar qué tipo de onda está siendo

monitoreado. Es necesario, por tanto, para el operador especificar el tipo



de onda, para que las funciones 1J (Ratio de Dynamic Poisson) y E (módulo

de Young de elasticidad dinámico) se calculen correctamente.

2 DENSIDAD- La densidad se utiliza en el cálculo del módulo de Young.

El valor recomendado para el hormigón normal es de 2400 kg 1 m3 ó 150

lbs 1 ft3. Esto también se puede acceder desde el menú de configuración.

3 E /¡J-TYPE- Este equipo le da al operador tres opciones para calcular IJ.

E simple

Derivado IJ: IJ se calcula después de cada lectura.

Arbitraria IJ: IJ es fijado por el operador (para el concreto, se recomienda 1J

= O, 17), y se mantiene como una constante.

Dependiendo de las condiciones, el equipamiento disponible y la

experiencia del OPERADOR se determinarán el módulo de elasticidad de

Young y de Poisson.


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